KR20190102939A - Adhesive method of Al2O3 and Cu composite film via aerosol deposition process for application of film resistor - Google Patents

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    • B22F9/004—Making metallic powder or suspensions thereof amorphous or microcrystalline by diffusion, e.g. solid state reaction

Abstract

Disclosed is an attachment method of an aluminum oxide and copper (Al_2O_3/Cu) composite film through an aerosol deposition process for application of a film resistor, comprising: a step that a powder mixture is placed in an aerosol chamber; a step that aerosol is sprayed on a substrate; and a step that an attachment film for an Al_2O_3/Cu composite film is produced.

Description

필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 산화알루미늄과 구리 복합 필름의 접착 방법{Adhesive method of Al2O3 and Cu composite film via aerosol deposition process for application of film resistor}Adhesive method of Al2O3 and Cu composite film via aerosol deposition process for application of film resistor}

본 발명은 필름 저항(Film Resistor)의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정(Aerosol Deposition Process)을 통해 산화알루미늄/구리(Al2O3/Cu) 복합 필름의 접착 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for bonding an aluminum oxide / copper (Al 2 O 3 / Cu) composite film through an aerosol deposition process for the application of a film resistor.

본 연구는 2017년 광운대학교의 연구 보조금에 의해 수행되었다. 그리고, 본 결과는 미래창조과학부(MSIP)에 의해 펀딩된 한국 연구 재단(NRF)(과제번호 2017R1C1B5017013, 2015R1D1A1A01056596 및 2015K1A3A1A59074209)의 지원을 받았다.This study was conducted in 2017 by a research grant from Kwangwoon University. The results were supported by the Korea Research Foundation (NRF) funded by the Ministry of Science, ICT and Future Planning (project numbers 2017R1C1B5017013, 2015R1D1A1A01056596 and 2015K1A3A1A59074209).

1. 도입1. Introduction

근래 전기 산업의 발전과 함께, 단일 기판 상에 수천개의 수동 전자 소자들을 갖는 대규모 집적이 전자 회로 소자들을 소형화 및 경량화하는데 더욱 중요해져 옴으로써 [1-4], 반도체 디바이스와 전체 전자 장치 시스템의 가격의 하락과 같이, 경제적 효율성에 현저한 개선을 가져왔으며, 그리하여 저 전력 소모와 함께 소형화를 실현하였다[5]. 그러나, 임베디드 수동 기술(embedded passive technology)과 같은 집적 회로 기술에서 이루어진 발전은 개선된 성능과 내구성에 있어서 향상된 신뢰성을 갖는 필름 수동 소자들(film passive components)의 개발을 필요로 한다.With the development of the electrical industry in recent years, large scale integration with thousands of passive electronic devices on a single substrate has become more important to miniaturizing and lightening electronic circuit devices [1-4], so that the price of semiconductor devices and the entire electronic device system is increased. As a result, the economic efficiency has been markedly improved, resulting in miniaturization with low power consumption [5]. However, advances in integrated circuit technologies such as embedded passive technology require the development of film passive components with improved reliability in improved performance and durability.

다양한 종류의 필름 수동 소자들 중에서, 금속을 합금하거나 다른 요소들로 구성된 컴파운드를 이용함으로써 만들어지는 필름(막, film)들에 대한 연구가 임베디드 수동 저항(embedded passive resistors)에 대하여 활발하게 수행되어 왔는데, 이는 그들의 단위 면적 당 저항(resistance per unit area)이 꽤 높은 값을 획득할 수 있기 때문이다[6-12].Among the various types of film passive devices, studies on films made by alloying metals or using compounds composed of other elements have been actively conducted on embedded passive resistors. This is because their resistance per unit area can achieve quite high values [6–12].

그러나, 매트릭스(matrix)와 필러(filler)를 구비한 복합 필름들을 필름 저항(film resistor)에 적용에 관한 연구들은 좀처럼 진전되지 못하였다. 반응성 스퍼터링(reactive sputtering) [13], 이온 빔 보조 증착(ion beam assisted deposition) [14-16], 전자 빔 증착(electron beam evaporation) [17-19], 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition) [20, 21], 및 이온 주입법(ion implantation) [22, 23]과 같은 가장 이전의 공정들은 본래의 물성에 있어서의 변화 때문에 혼합 물질들로 복합 필름을 가공하는데 적합하지 않다. 그러므로, 새로운 공정에 대한 접근이 임베디드 필름 저항(embedded film resistor)으로써 하이브리드 복합 필름(hybrid composite films)을 적용하는데 요구된다.However, studies on the application of composite films having a matrix and a filler to a film resistor have not been progressed. Reactive sputtering [13], ion beam assisted deposition [14-16], electron beam evaporation [17-19], chemical vapor deposition [20] , 21], and earlier processes such as ion implantation [22, 23] are not suitable for processing composite films with mixed materials because of changes in inherent properties. Therefore, an approach to new processes is required to apply hybrid composite films as embedded film resistors.

이러한 환경들을 고려하여, 우리는 하이브리드 복합 필름들을 가공하기 위해 에어로졸 증착 공정(Aerosol Deposition process, AD process)에 관심을 가져야 한다. 증착이 AD 프로세스를 이용하여 실온에서 수행되기 때문에, Al2O3, BaTiO3, Ag, Cu,및 폴리미드(Polyimide)와 같은 상이한 용융점을 갖는 두 개의 물질들을 혼합함으로써 물질의 내재적 성질들을 유지하면서 필름을 형성하는 것이 용이하다. 게다가, 에어러졸 증착(AD)에 의해 가공된 코팅층들은 필름 두께에 대한 제어를 통해 박막 및 후막 필름(thin and thick film)에 적용될 수 있다. 또한, 코팅 속도가 매우 빠르기 때문에 경제적이다[24]. AD 프로세스의 이러한 이점들 때문에, 이전의 연구들이 많은 응용예들이 보고되었다[25, 26]. 김창완의 연구에서는, Al2O3 입자들이 상이한 표면 거칠기(surface roughness)를 갖는 기판(substrate) 상에 증착되어 어떻게 평평한 기판과 거친 기판들 상에서 세라믹 입자들(ceramic particles)이 증착되는지를 조사하였다[27]. 또한, 이동원 등은 에어로졸 증착 공정을 사용함으로써 Al2O3 기판 상에서 Cu 필름들의 저항 변화를 측정하였으며, SEM 이미지들과 XRD 분석(XRD analysis)에 의해 필름 형성의 매커니즘을 고려하였다[28]. 김형준 등은 상이한 크기의 폴리미드 분말(polyimide powders)을 이용하여 Al2O3-폴리미드 복합 후막(Al2O3-polyimide composite thick films)을 연구하였으며 초미세 폴리미드(submicron polyimide)가 Al2O3-폴리미드 복합 필름(AlO3-polyimide composite film)을 형성하는데 최적 크기임을 확인하였다[29]. 세라믹 복합 필름의 형성에 대한 연구가 선행되어 왔음에도[25, 30], 그러한 형성에 대한 메커니즘이 명확하게 보고되지는 않았다. 그러므로, 필름 저항용 세라믹-금속 복합 필름(ceramic-metal composite films for film resistors)을 가공하기 위해, 세라믹-금속 복합 필름의 매커니즘이 저항성의 제어(control of resistance)와 함께 연구되어야 한다.In view of these circumstances, we should be interested in the Aerosol Deposition process (AD process) to process hybrid composite films. Since the deposition is performed at room temperature using the AD process, while maintaining the intrinsic properties of the material by mixing two materials with different melting points such as Al 2 O 3 , BaTiO 3 , Ag, Cu, and Polyimide It is easy to form a film. In addition, the coating layers processed by aerosol deposition (AD) can be applied to thin and thick films through control of film thickness. It is also economical because the coating speed is very fast [24]. Because of these advantages of the AD process, previous studies have reported many applications [25, 26]. In his study, Al 2 O 3 particles were deposited on substrates with different surface roughness to investigate how ceramic particles were deposited on flat and rough substrates. 27]. In addition, the moving source or the like is Al 2 O 3 by using an aerosol deposition process The resistance change of Cu films on the substrate was measured and the mechanism of film formation was taken into account by SEM images and XRD analysis [28]. Kim Hyung Jun, etc. using different size polyimide powder (polyimide powders) of Al 2 O 3 - polyimide composite thick film (Al 2 O 3 -polyimide composite thick films) that the Al 2 was ultrafine polyimide (polyimide submicron) R O 3 - to form a polyimide composite film (AlO 3 -polyimide composite film) was identified as the optimal size [29]. Although studies on the formation of ceramic composite films have been preceded [25, 30], the mechanism for such formation has not been clearly reported. Therefore, in order to process ceramic-metal composite films for film resistors, the mechanism of the ceramic-metal composite film must be studied together with the control of resistance.

특허 출원번호 10-2018-0007883 (출원일자 2018년 01월 22일), "에어로졸 증착 공정에 의한 초 민감도 습도 감지 필름 제조 방법", 발명자: 오종민, 김남영, 왕종, 양준각, 김은성, 김홍기, 출원인:광운대학교 산학협력단Patent Application No. 10-2018-0007883 (filed Jan. 22, 2018), "Method for manufacturing super sensitive humidity sensing film by aerosol deposition process", inventors: Oh Jong Min, Kim Nam Young, Wang Jong, Yang Jun Kak, Eun Sung Kim, Hong Hong Kim, Applicant Kwangwoon University Industry-Academic Cooperation Foundation

S. K. Bhattacharya and R. R. Tummala, Microelectronics J. 32, 11 (2001). S. K. Bhattacharya and R. R. Tummala, Microelectronics J. 32, 11 (2001). P. Chahal, R. R. Tummala,M. G. Allen, and M. Swaminathan, IEEE Trans. Components Packag. Manuf. Technol. Part B 21, 184 (1998). P. Chahal, R. R. Tummala, M. G. Allen, and M. Swaminathan, IEEE Trans. Components Packag. Manuf. Technol. Part B 21, 184 (1998). C. Richardson, PDF Present. Slides, Updat. 24.09.2003 2011, 43 (2003). C. Richardson, PDF Present. Slides, Updat. 24.09.2003 2011, 43 (2003). S. K. Bhattacharya and R. R. Tummala,J. Mater. Sci. Mater. Electron. 11, 253 (2000). S. K. Bhattacharya and R. R. Tummala, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 11, 253 (2000). R. C. Lin, T. K. Lee, D. H. Wu,and Y. C. Lee, Adv. Mater. Sci. Eng. 2015, (2015). R. C. Lin, T. K. Lee, D. H. Wu, and Y. C. Lee, Adv. Mater. Sci. Eng. 2015, (2015). L. Lai, W. Zeng, X. Fu,R. Sun,and R. Du,J. Alloys Compd. 538, 125 (2012). L. Lai, W. Zeng, X. Fu, R. Sun, and R. Du, J. Alloys Compd. 538, 125 (2012). S. Vinayak, H. P. Vyas, K. Muraleedharan,and V. D. Vankar, Thin Solid Films 514, 52 (2006). S. Vinayak, H. P. Vyas, K. Muraleedharan, and V. D. Vankar, Thin Solid Films 514, 52 (2006). S. Vinayak, H. P. Vyas, and V. D. Vankar, Thin Solid Films 515, 7109 (2007). S. Vinayak, H. P. Vyas, and V. D. Vankar, Thin Solid Films 515, 7109 (2007). J. Ro"lke, Electrocompon. Sci. Technol. 9, 51 (1981) J. Ro "lke, Electrocompon. Sci. Technol. 9, 51 (1981) B. Lee, D. Lee, and C. Kim, 40, 339 (2002). B. Lee, D. Lee, and C. Kim, 40, 339 (2002). E. Ma and W. A. Anderson, Mater. Sci. Eng. B 47, 161 (1997). E. Ma and W. A. Anderson, Mater. Sci. Eng. B 47, 161 (1997). C. M. Wang, J. H. Hsieh, Y. Q. Fu,C. Li, T. P. Chen, and U. T. Lam, Ceram. Int. 30, 1879 (2004). C. M. Wang, J. H. Hsieh, Y. Q. Fu, C. Li, T. P. Chen, and U. T. Lam, Ceram. Int. 30, 1879 (2004). S. Berg and T. Nyberg, Thin Solid Films 476, 215 (2005). S. Berg and T. Nyberg, Thin Solid Films 476, 215 (2005). Y. Vygranenko, K. Wang, R. Chaji, M. Vieira, J. Robertson, and A. Nathan, Thin Solid Films 517, 6341 (2009). Y. Vygranenko, K. Wang, R. Chaji, M. Vieira, J. Robertson, and A. Nathan, Thin Solid Films 517, 6341 (2009). Z. Yan, Y. Ma, P. Deng, Z. Yu,C. Liu, and Z. Song, Appl. Surf.Sci. 256, 2289 (2010). Z. Yan, Y. Ma, P. Deng, Z. Yu, C. Liu, and Z. Song, Appl. Surf.Sci. 256, 2289 (2010). F. A. Smidt, Int. Mater. Rev. 35, 61 (1990). F. A. Smidt, Int. Mater. Rev. 35, 61 (1990). M. W. Pyun, E. J. Kim, D. H. Yoo, and S. H. Hahn, Appl. Surf.Sci. 257, 1149 (2010). M. W. Pyun, E. J. Kim, D. H. Yoo, and S. H. Hahn, Appl. Surf.Sci. 257, 1149 (2010). J. K. Yao, H. L. Huang,J. Y. Ma, Y. X. Jin, Y. a. Zhao, J. D. Shao, H. B. He, K. Yi, Z. X. Fan, F. Zhang, and Z. Y. Wu,Surf.Eng. 25, 257 (2009). J. K. Yao, H. L. Huang, J. Y. Ma, Y. X. Jin, Y. a. Zhao, J. D. Shao, H. B. He, K. Yi, Z. X. Fan, F. Zhang, and Z. Y. Wu, Surf. Eng. 25, 257 (2009). Y. Wang, Z. Lin, X. Cheng, H. Xiao, F. Zhang, and S. Zou, Appl. Surf.Sci. 228, 93 (2004). Y. Wang, Z. Lin, X. Cheng, H. Xiao, F. Zhang, and S. Zou, Appl. Surf.Sci. 228, 93 (2004). K. Ramasamy, M. A. Malik, and P. O’Brien, Chem. Sci. 2, 1170 (2011). K. Ramasamy, M. A. Malik, and P. O’Brien, Chem. Sci. 2, 1170 (2011). Y. Y. Wei, G. Eres, V. I. Merkulov, and D. H. Lowndes, Appl. Phys. Lett. 78, 1394 (2001). Y. Y. Wei, G. Eres, V. I. Merkulov, and D. H. Lowndes, Appl. Phys. Lett. 78, 1394 (2001). M. Alguero', J. Ricote, M. Torres, H. Amorin, A. Alberca,Iglesias-Freire, N. Nemes, S. Holgado, M. Cervera, J. Piqueras, A. Asenjo, and M. Garcia-Herna'ndez, ACS ApMater. Interfaces 6, 1909 (2014). M. Alguero ', J. Ricote, M. Torres, H. Amorin, A. Alberca, Iglesias-Freire, N. Nemes, S. Holgado, M. Cervera, J. Piqueras, A. Asenjo, and M. Garcia- Herna'ndez, ACS ApMater. Interfaces 6, 1909 (2014). W. Shi, H. Zhang, G. Zhang, and Z. Li, Sensors Actuators, A Phys. 130-131, 352 (2006). W. Shi, H. Zhang, G. Zhang, and Z. Li, Sensors Actuators, A Phys. 130-131, 352 (2006). J. Akedo, Mater. Sci. Forum 449.452, 43 (2004). 1. J. Akedo, J. Am. Ceram. Soc. 89, 1834 (2006). J. Akedo, Mater. Sci. Forum 449.452, 43 (2004). J. Akedo, J. Am. Ceram. Soc. 89, 1834 (2006). O.-Y. Kwon, H.-J. Na, H.-J. Kim, D.-W. Lee, and S.-M. Nam, Nanoscale Res. Lett. 7, 261 (2012). O.-Y. Kwon, H.-J. Na, H.-J. Kim, D.-W. Lee, and S.-M. Nam, Nanoscale Res. Lett. 7, 261 (2012). W.-H. Lee, H.-J. Kim, D.-W. Lee, M.-G. Jeong, D.-S. Lim, and S.-M. Nam, Surf.Coatings Technol. 206, 4679 (2012). W.-H. Lee, H.-J. Kim, D.-W. Lee, M.-G. Jeong, D.-S. Lim, and S.-M. Nam, Surfing Coatings Technol. 206, 4679 (2012). C. W. Kim, J. H. Choi, H. J. Kim, D. W. Lee, C. Y. Hyun, and S. M. Nam, Ceram. Int. 38, 5621 (2012). C. W. Kim, J. H. Choi, H. J. Kim, D. W. Lee, C. Y. Hyun, and S. M. Nam, Ceram. Int. 38, 5621 (2012). D.-W. Lee, O.-Y. Kwon, W.-J. Cho, J.-K. Song, and Y.-N. Kim, Nanoscale Res. Lett. 11, 162 (2016). D.-W. Lee, O.-Y. Kwon, W.-J. Cho, J.-K. Song, and Y.-N. Kim, Nanoscale Res. Lett. 11, 162 (2016). H.-J. Kim and S.-M. Nam, Electron. Mater. Lett. 8, 65 (2012). H.-J. Kim and S.-M. Nam, Electron. Mater. Lett. 8, 65 (2012). D.-W. Lee, H.-J. Kim, Y.-N. Kim, M.-S. Jeon, and S.-M. Nam, Surf.Coatings Technol. 209, 160 (2012). D.-W. Lee, H.-J. Kim, Y.-N. Kim, M.-S. Jeon, and S.-M. Nam, Surfing Coatings Technol. 209, 160 (2012). R. T. Thompson, in Electron. Mater. Handb. Vol. 1 Packag. (1989), pp. 670-675. R. T. Thompson, in Electron. Mater. Handb. Vol. 1 Packag. (1989), pp. 670-675. D. Hanft, J. Exner, M. Schubert, T. Stocker, P. Fuierer,and R. Moos, J. Ceram. Sci. Technol. 6, 147 (2015). D. Hanft, J. Exner, M. Schubert, T. Stocker, P. Fuierer, and R. Moos, J. Ceram. Sci. Technol. 6, 147 (2015). H. J. Kim, Y. J. Yoon, J. H. Kim, and S. M. Nam, Mater. Sci. Eng. B Solid-State Mater.M.Y.CHO et al, Journal of Electroceramics Adv. Technol. 161, 104 (2009). H. J. Kim, Y. J. Yoon, J. H. Kim, and S. M. Nam, Mater. Sci. Eng. B Solid-State Mater. M.Y. CHO et al, Journal of Electroceramics Adv. Technol. 161, 104 (2009). M. Ishikawa, H. Enomoto, N. Mikamoto, T. Nakamura, M. Matsuoka, and C. Iwakura, Surf.Coatings Technol. 110, 121 (1998). M. Ishikawa, H. Enomoto, N. Mikamoto, T. Nakamura, M. Matsuoka, and C. Iwakura, Surf. Coatings Technol. 110, 121 (1998). M. D. Losego, L. H. Jimison, J. F. Ihlefeld, and J. P. Maria, Appl. Phys. Lett. 86, 1 (2005). M. D. Losego, L. H. Jimison, J. F. Ihlefeld, and J. P. Maria, Appl. Phys. Lett. 86, 1 (2005). A. Z. A. Azhar, H. Mohamad, M. M. Ratnam, and Z. A. Ahmad, J. Alloys Compd. 497, 316 (2010). A. Z. A. Azhar, H. Mohamad, M. M. Ratnam, and Z. A. Ahmad, J. Alloys Compd. 497, 316 (2010). M. M. Chaudhri, Acta Mater. 46, 3047 (1998). M. M. Chaudhri, Acta Mater. 46, 3047 (1998). L. L. Hench, R. J. Splinter, W. C. Allen, and T. K. Greenlee, J. Biomed. Mater. Res. 5, 117 (1971). L. L. Hench, R. J. Splinter, W. C. Allen, and T. K. Greenlee, J. Biomed. Mater. Res. 5, 117 (1971). H. Abe, Y. Niwa, M. Kitano, Y. Inoue, M. Sasase, T. Nakao, T. Tada, T. Yokoyama, M. Hara, and H. Hosono, J. Phys. Chem. C 121, 20900 (2017). H. Abe, Y. Niwa, M. Kitano, Y. Inoue, M. Sasase, T. Nakao, T. Tada, T. Yokoyama, M. Hara, and H. Hosono, J. Phys. Chem. C 121, 20900 (2017). J. G. Miranda-herna'ndez, S. Moreno-guerrero, A. B. Soto-guzma'n, andRocha-rangel, 7, 311 (2006). J. G. Miranda-herna'ndez, S. Moreno-guerrero, A. B. Soto-guzma'n, and Rocha-rangel, 7, 311 (2006). D. F. Lim, J. Wei, C. M. Ng, and C. S. Tan, in Proc. - Electron. Components Technol. Conf.(2010), pp. 1364-1369. D. F. Lim, J. Wei, C. M. Ng, and C. S. Tan, in Proc. Electron. Components Technol. Conf. (2010), pp. 1364-1369.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 필름 저항(Film Resistor)의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정(Aerosol Deposition Process)을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법을 제공한다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for bonding Al 2 O 3 / Cu composite film through an aerosol deposition process for the application of a film resistor (Film Resistor).

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법은 (a) 출발 물질로써, α-Al2O3 분말과 Cu 분말을 상이한 비율로 혼합되며, 퍼니스 내에서 150℃로 건조되어 혼합 분말들로부터 수분을 제거하고, 상기 혼합 분말들이 에어로졸 챔버에 놓여지는 단계; (b) 헬륨 가스가 유량 제어기를 사용하여 주입되며, 헬륨 가스와 바이브레이터는 준비된 혼합 분말을 확산시켜 에어로졸을 생성하며, 캐리어 가스와 바이브레이터에 의해 형성된 에어로졸은 에어로졸 챔버와 증착 챔버 사이의 압력차에 의해 노즐로부터 분사되고 증착 챔버로 전달되며, 에어로졸이 노즐에 의해 가속되고 기판에 살포되는 단계; 및 (c) 상기 노즐로부터 주입된 분말이, 미리-설계된 X-Y 축을 따라 이동하는 기판에 충돌하여 밀(dense)하게 기판 상에 증착되어 에어로졸 증착 공정을 통해 필름 저항(film resistor)용 높은 접착 강도를 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름 인 접착 필름을 생성하는 단계를 포함한다. In order to achieve the object of the present invention, the bonding method of Al 2 O 3 / Cu composite film through the aerosol deposition process for the application of film resistance (a) as a starting material, α-Al 2 O 3 powder and Cu powder Mixing at different rates, drying at 150 ° C. in the furnace to remove moisture from the mixed powders, and placing the mixed powders in an aerosol chamber; (b) Helium gas is injected using a flow controller, the helium gas and the vibrator diffuse the prepared mixed powder to produce an aerosol, and the aerosol formed by the carrier gas and the vibrator is caused by the pressure difference between the aerosol chamber and the deposition chamber. Sprayed from the nozzle and delivered to the deposition chamber, the aerosol accelerated by the nozzle and sprayed onto the substrate; And (c) the powder injected from the nozzle is deposited onto the substrate in a dense manner by colliding with the substrate moving along the pre-designed XY axis to achieve high adhesive strength for film resistors through an aerosol deposition process. Generating an adhesive film having an Al 2 O 3 / Cu composite film.

상기 혼합 분말은 각진 형태의 0.5 ㎛의 평균 직경을 갖는 α-Al2O3 분말과 구 형태의 2㎛의 평균 직경을 갖는 Cu분말을 사용하며, Al2O3 분말 및 Cu 분말들을 사용하여, 1.2-1.5 ㎛의 두께를 갖는 Al2O3/Cu 하이브리드 복합 필름이 에어로졸 증착(AD) 공정을 사용하여 알루미나 기판에 증착된다. The mixed powder uses an α-Al 2 O 3 powder having an average diameter of 0.5 μm in an angular form and a Cu powder having an average diameter of 2 μm in a spherical form, and using Al 2 O 3 powder and Cu powders, An Al 2 O 3 / Cu hybrid composite film having a thickness of 1.2-1.5 μm is deposited on the alumina substrate using an aerosol deposition (AD) process.

상기 단계(a)에서 상기 혼합 분말은 상기 Cu 분말들과 상기 Al2O3 분말들이 20:80, 50:50, 70:30, 80:20, 및 90:10 wt% 상이한 비율로 혼합된다. In step (a), the mixed powder is mixed with the Cu powders and the Al 2 O 3 powders at different ratios of 20:80, 50:50, 70:30, 80:20, and 90:10 wt%.

상기 기판은 알루미나(Alumina, Al2O3) 기판을 사용한다. The substrate uses an alumina (Alumina, Al 2 O 3 ) substrate.

상기 Al2O3/Cu 복합 필름의 미세구조는 주사 전자 현미경(SEM) 또는 원자 현미경(AFM)을 사용하여 상이한 Cu와Al2O3 함량에 따라 가변되는 표면 형태(surface morphology)를 관찰하였으며, 증착 필름 상에서 Al2O3와 Cu분말의 분포와 함량은 에너지 분산형 스테레오스코피 매핑 분석(EDS mapping analysis)에 의해 분석되었으며, Al2O3/Cu 복합 필름의 저항성(resistivity)은 4-점 프로브 시스템을 사용하여 측정 및 평가되었으며, 코팅 필름의 표면 경도(surface hardness)를 측정하기 위해, 필름에 인가되는 정상 부하를 가변시킴으로써 스크래치 테스트(scratch test)가 수행된다. The microstructure of the Al 2 O 3 / Cu composite film was observed by using a scanning electron microscope (SEM) or atomic microscope (AFM) to observe the surface morphology (variable surface morphology) according to different Cu and Al 2 O 3 content, The distribution and content of Al 2 O 3 and Cu powders on the deposited films were analyzed by energy dispersive stereoscopy mapping analysis, and the resistivity of Al 2 O 3 / Cu composite films was determined by 4-point probes. Measured and evaluated using the system, a scratch test is performed by varying the normal load applied to the film to determine the surface hardness of the coating film.

상기 방법은 상기 알루미나 기판과 상기 Al2O3/Cu 복합 필름 사이의 접착 강도(adhesive strength)는 범용 시험기를 사용하여 측정된다. In this method, the adhesive strength between the alumina substrate and the Al 2 O 3 / Cu composite film is measured using a universal tester.

원자 현미경(AFM) 분석을 수행하여, 다른 Cu함량을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름들의 표면 형태는 Cu분말 함량이 높을수록, 그 표면의 RMS 거칠기(RMS roughness of the surface)가 증가되었으며, 특히, 80 wt%를 초과하는 Cu함량을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름들은 RMS 거칠기에 있어서 급격한 상승을 나타났으며, 50, 70, 80, 및 90 wt%의 Cu함량을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름의 RMS 거칠기 값은, 각각, 111 ㎚, 121 ㎚, 124 ㎚, 및 152 ㎚ 였으며, 표면 거칠기 변화(surface roughness variation)의 주된 이유는 Al2O3/Cu 혼합 분말이 고속으로 Al2O3 기판과 충돌할 때, Al2O3 입자들보다 크기가 더 큰 연성 Cu입자들이 충분히 분열되지 않으며, 경질 세라믹 입자들(hard ceramic particles)에 의해 야기되는 해머링 효과가 분말의 파쇄로 귀결되어, 낮은 표면 거칠기를 가져올 수 있으며, 반면에, 상기 혼합 분말에서 후속 Cu입자들은 Cu재료의 낮은 경도와 연성 기계적 성질 때문에 효과적인 해머링 효과에 영향받을 수 없었으며 이러한 이유들로, 거친 필름 표면(rough film surface)이 많은 양의 Cu를 포함하는 Al2O3/Cu 복합 필름의 경우에 나타난다. Atomic microscopy (AFM) analysis showed that the surface morphology of Al 2 O 3 / Cu composite films with different Cu content increased with higher Cu powder content, increasing the RMS roughness of the surface, in particular, Al 2 O 3 / Cu composite film having a Cu content exceeding 80 wt% are showed a sharp increase in the RMS roughness, 50, 70, 80, and Al 2 O having a Cu content of 90 wt% RMS roughness values of the 3 / Cu composite film were 111 nm, 121 nm, 124 nm, and 152 nm, respectively, and the main reason for the surface roughness variation was that the Al 2 O 3 / Cu mixed powder When colliding with the Al 2 O 3 substrate, the soft Cu particles larger in size than the Al 2 O 3 particles are not sufficiently cleaved, and the hammering effect caused by the hard ceramic particles is caused by the crushing of the powder. Resulting in low surface roughness, on the other hand, the mixed powder Standing subsequent Cu particles as these reasons were not able to be influenced by effective hammering effect due to the low hardness and ductility mechanical properties of Cu material, rough film surface (rough film surface) is Al 2 O containing a large amount of Cu 3 / Appears in the case of a Cu composite film.

상기 방법은 에어로졸(AD) 공정을 사용하여 Cu 함량이 증가함에 따라 저항도(resitivity)는 점진적으로 감소하며, 이는 Cu 입자들 사이의 연결이 증가되며, The method uses an aerosol (AD) process to gradually decrease the resistivity as the Cu content increases, which increases the connection between the Cu particles,

반대로, 에어로졸(AD) 공정을 사용하여 Al2O3/Cu 복합 필름의 Al2O3 절연체 함량을 증가시키는 것은 필름 저항(film resistors)의 적용을 위한 단위 면적 당 저항(resistance per unit area)을 증가시킨다. Conversely, increasing the Al 2 O 3 insulator content of an Al 2 O 3 / Cu composite film using an aerosol (AD) process reduces the resistance per unit area for the application of film resistors. Increase.

상기 Al2O3 필름과 상기 기판 간의 접착 강도(adhesion strength)는 12.98 MPa이었으며, Al2O3:Cu가 50 wt%: 50 wt%시에 Al2O3/Cu 복합 필름과 Cu 필름의 접착 강도보다 높다. The adhesion strength between the Al 2 O 3 film and the substrate was 12.98 MPa, and when the Al 2 O 3 : Cu was 50 wt%: 50 wt%, the Al 2 O 3 / Cu composite film was bonded to the Cu film. Higher than strength.

상기 방법은 Al2O3/Cu 복합 필름의 기계적 특성으로부터 그 형성 매커니즘을 조사하기 위해, 스크래치 테스트(scratch test)를 통해 Cu 또는 Al2O3 함량에 따른 표면의 경도(hardness of the surface)가조사되었으며, 스크래치 경도(scratch hardness)는 재료의 연성(ductility), 탄성력 상수(elastic stiffness), 응력변형(strain), 및 가소성(plasticity)에 의해 영향을 받으며, In order to investigate the formation mechanism from the mechanical properties of the Al 2 O 3 / Cu composite film, a scratch test is used to determine the hardness of the surface according to the Cu or Al 2 O 3 content. Scratch hardness is influenced by material ductility, elastic stiffness, strain, and plasticity,

0.6 N의 매우 낮은 부하에서조차 Cu-90 wt% 필름의 표면에 크랙(crack)이 형성되는 것이 확인되었으며, It has been found that cracks form on the surface of Cu-90 wt% film even at very low loads of 0.6 N,

Cu-70 wt%와 Cu-50 wt%의 경우에, 1.2N의 부하가 스크래치 테스터의 팁(tip)에 인가되었을 때, 스크래치는 확실하게 악화되었으며, In the case of Cu-70 wt% and Cu-50 wt%, the scratches were obviously deteriorated when a load of 1.2 N was applied to the tips of the scratch tester,

Cu-50 wt%의 복합 필름들은 상대적으로 높은 부하가 인가되었을 때 표면 상에 스크래치들을 측정하여, Al2O3 입자들의 비커스 경도(Vickers hardness)는 15.71 GPa 이고, 이는 Cu입자들(350 MPa)보다 훨씬 높으며, 실온에서 에어로졸 증착(AD) 공정에 의해 성장된 높은 Al2O3 함량을 갖는 증착 필름은 잘 파괴되지 않으며, Composite films of Cu-50 wt% measured scratches on the surface when a relatively high load was applied, such that the Vickers hardness of Al 2 O 3 particles was 15.71 GPa, which was Cu particles (350 MPa). Much higher, and deposited films with high Al 2 O 3 content grown by the aerosol deposition (AD) process at room temperature are less likely to break,

필름 저항(film resistors)에 적용을 위해, 표면의 경도(hardness)와 필름과 기판 간의 강한 결합 형성 모두가 중요하므로, Al2O3/Cu (50 wt%: 50 wt%) 복합 필름(Al2O3/Cu (50 wt%: 50 wt%) composite film)과 Al2O3 기판(Al2O3 substrate) 간의 접착 강도(adhesion strength)를 시험하여 그 접착을 추정하였으며, For application to film resistors, Al 2 O 3 / Cu (50 wt%: 50 wt%) composite films (Al 2 ) are important because both the hardness of the surface and the formation of strong bonds between the film and the substrate are important. O 3 / Cu (50 wt% : 50 wt%) composite film) and to test the adhesion strength (adhesion strength) between the Al 2 O 3 substrate (Al 2 O 3 substrate) was estimated that the adhesive,

Al2O3 필름과 Al2O3 기판 간의 접착 강도(adhesion strength)는 12.98 MPa이었으며, 이는 Al2O3/Cu (50 wt%: 50 wt%) 복합 필름과 Cu필름의접착 강도보다 높았으며, Al2O3 입자들이 높은 경도의 Al2O3 기판과 충돌할 때, 높은 충격 에너지를 갖는 이러한 입자들이 심한 분쇄를 일으키고, 분쇄된 입자들은 높은 열 에너지를 갖는 강한 결합을 형성하여 Al2O3 입자들과 기판 간의 앵커링 본드(anchoring bonds)를 갖는 밀한 필름(dense films)을 형성하며, 이후의 Al2O3 입자들이 이전에 증착된 Al2O3 필름 상에서 해머링 효과를 일으켜, 강한 결합(strong bond)를 형성하게 되며, The adhesion strength between the Al 2 O 3 film and the Al 2 O 3 substrate was 12.98 MPa, which was higher than that of the Al 2 O 3 / Cu (50 wt%: 50 wt%) composite film and Cu film. When Al 2 O 3 particles collide with a high hardness Al 2 O 3 substrate, these particles with high impact energy cause severe pulverization, and the pulverized particles form a strong bond with high thermal energy to form Al 2 O 3 forms dense films with anchoring bonds between the particles and the substrate, and subsequent Al 2 O 3 particles produce a hammering effect on the previously deposited Al 2 O 3 film, resulting in a strong bond ( strong bonds)

Al2O3 분말 만이 기판에 증착되었을 때, 기판과 필름 간의 결합력이 더 높아짐에 따라 더 강하고 더 밀한 필름이 형성되는 반면에, Al2O3 기판 상의 Cu필름의접착 강도는 최대 4.09 MPa 이었으며, 노즐로부터 분사된 Cu 입자들이 단단한 Al2O3 기판과 충돌될 때 쿠셔닝 액션(cushioning action)이 일어나는 동안 Cu입자들의 소성 변형(Plastic deformation of Cu particles)이 그 분쇄보다 더 지배적으로 발생하며, When only Al 2 O 3 powder was deposited on the substrate, a stronger and denser film was formed as the bonding force between the substrate and the film became higher, whereas the adhesion strength of the Cu film on the Al 2 O 3 substrate was up to 4.09 MPa, Plastic deformation of Cu particles occurs more dominantly than its crushing during the cushioning action when the Cu particles ejected from the nozzle collide with the rigid Al 2 O 3 substrate,

에어로졸 증착(AD) 공정에 의해 가공된 알루미나 기판 상의 Al2O3 필름과 Cu필름의 증착 매커니즘에 기초하여, Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 강도는 Cu입자들의 기계적 인터로킹(mechanical interlocking of Cu particles)과 Al2O3 입자들의 앵커링 결합(anchoring bonds)의 비중에 의존적인 것으로 추정된다. Based on the deposition mechanism of the Al 2 O 3 film and Cu film on the alumina substrate processed by the aerosol deposition (AD) process, the adhesive strength of the Al 2 O 3 / Cu composite film is determined by the mechanical interlocking of Cu particles. Cu particles) and Al 2 O 3 particles are assumed to depend on the specific gravity of the anchoring bond (anchoring bonds).

상기 Al2O3/Cu 복합 필름과 기판 간의 접착 강도(adhesive strength)는 Al2O3 함량을 증가시킴에 따라 4.09 MPa에서 12.98 MPa까지 변화하였으며, 표면 경도(surface hardness)는 같은 경향을 나타냈으며, Al2O3 입자들과 기판 사이의 앵커링 층이 Al2O3의 높은 경도와 연성을 갖는 부드러운 Cu에의해 형성되었으며, Cu입자들이 고속으로 딱딱한 기판과 충돌함에도, 기계적 인터로킹이 형성되어, 약한 결합(weak bonding)을 초래하였지만, Cu 입자들의 양(amount of Cu particles)이 증가되었을 때, Al2O3/Cu 복합 필름의 전기 저항도(electrical resistivity)가 감소되었으며, The adhesive strength between the Al 2 O 3 / Cu composite film and the substrate increased from 4.09 MPa to 12.98 MPa as the Al 2 O 3 content was increased, and the surface hardness showed the same tendency. , The anchoring layer between the Al 2 O 3 particles and the substrate was formed by soft Cu having a high hardness and ductility of Al 2 O 3 , and even though the Cu particles collide with the rigid substrate at high speed, mechanical interlocking is formed. Although this resulted in weak bonding, when the amount of Cu particles was increased, the electrical resistivity of the Al 2 O 3 / Cu composite film was reduced,

결과적으로, Al2O3/Cu 복합 필름과 기판 간의 저항(resistance)과 결합력(bonding force)은 이러한 Cu,Al2O3 두 물질들과 딱딱한 기판 간의 상관성에 의해 현저하게 영향을 받았으며, 가공된 Al2O3/Cu (Al2O3:Cu = 50 wt% : 50 wt%) 복합 필름이 상대적으로 양호한 접착 강도(good adhesive strength) 및 낮은 전기 저항도(low electrical resistivity)를 나타냈으며, 이들은 필름의 두께와 폭(thickness and width of the films)을 가변시킴으로써 박막 및 후박 저항(thin and thick film resistors)에 적용될 수 있다. As a result, the resistance and bonding force between the Al 2 O 3 / Cu composite film and the substrate was significantly affected by the correlation between these two Cu, Al 2 O 3 materials and the rigid substrate. Al 2 O 3 / Cu (Al 2 O 3 : Cu = 50 wt%: 50 wt%) composite films showed relatively good adhesive strength and low electrical resistivity. By varying the thickness and width of the films, they can be applied to thin and thick film resistors.

Al2O3와 Cu모두 50 wt%의 함량을 갖는 상기 혼합 분말이 상기 기판에 증착될 때, 접착 강도(adhesive strength)는 7.08 MPa였으며 저항도(resistivity)는 851.9Ωm 인 것을 특징으로 한다. When the mixed powder having a content of 50 wt% of both Al 2 O 3 and Cu is deposited on the substrate, the adhesive strength is 7.08 MPa and the resistivity is 851.9 μm.

본 발명은 필름 저항(Film Resistor)의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정(Aerosol Deposition Process)을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법을 제공하였다. The present invention provides a method for adhering an Al 2 O 3 / Cu composite film through an aerosol deposition process for applying a film resistor.

본 연구에서는, 증착된 Al2O3/Cu 증착 필름 상에서 Al2O3와 Cu 입자들(Cu particles)의 효과를 추정하기 위해 복합 필름의 미세구조가 관측되었다. 또한, 다른 Cu의 비율을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름의 전기 저항도(electrical resistivity)가 임베디드 필름 저항(embedded film resistors)에 적용을 위해 측정 및 평가되었다. 최종적으로, Al2O3/Cu 복합 필름과 Al2O3 기판 간의 접착 매커니즘이 접착 강도(adhesion strength)와 Al2O3/Cu 복합 필름의 기계적 특성으로부터 그 형성 매커니즘을 조사하기 위해 스크래치 테스트(scratch test)의 결과에 기초하여 설명되었다.In this study, the microstructure of the composite film was observed to estimate the effects of Al 2 O 3 and Cu particles on the deposited Al 2 O 3 / Cu deposited films. In addition, the electrical resistivity of Al 2 O 3 / Cu composite films with different Cu ratios was measured and evaluated for application to embedded film resistors. Finally, the adhesion mechanism between the Al 2 O 3 / Cu composite film and the Al 2 O 3 substrate was evaluated using a scratch test to investigate its formation mechanism from the adhesion strength and the mechanical properties of the Al 2 O 3 / Cu composite film. based on the results of the scratch test.

도 1은 각 재료의 평면도 SEM 이미지 (a) 2㎛의 평균 입자 직경을 갖는 Cu 분말(Cu powder) (b) 0.5㎛의 평균 입자 직경을 갖는 Al2O3 분말(Al2O3 powder) 이미지.
도 2는 Cu와 Al2O3의 비율이 다른 증착된 Al2O3/Cu 복합 필름(Al2O3/Cu composite films)의 SEM 이미지.
도 3은 Al2O3/Cu 복합 필름의 표면 형태와 상응하는 RMS 거칠기 그래프(RMS roughness graphs), 50wt% 내지 90wt%의 다양한 Cu 함량으로 증착된 필름(AFM).
도 4는 Cu-50wt% 복합 필름과 Cu-80wt% 복합 필름의 SEM 현미경 사진과 Al2O3/Cu 상의 구리(copper), 알루미늄(aluminum) 및 산소(oxygen)의 EDS 원소 매핑 결과 복합 필름(EDS elemental mapping results).
도 5는 Cu 분말(Cu powder)의 함량이 다른 증착 복합 필름(composite films)의 resistivity의 variation.
도 6은 다른 Cu 함량을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름에 접선 방향 힘(tangential force)을 가함으로써 생기는 음향 신호의 분석.
도 7은 Al2O3/Cu (50 wt% : 50 wt%) 복합 필름과 Al2O3 기판(red line) 사이 접착 강도(adhesive strength), Al2O3 막과 Al2O3 기판(blue) 또는 Cu 막 및 Al2O3 기판(black line) 사이 접착 강도(adhesive strength).
도 8은 (a), (b) 본래의 Cu 막과 Al2O3 기판 사이의 기계적 연동(mechanical interlocking) 때문에 약 결합 형성(Weak bond formation), (c) Al2O3 막(Al2O3 film)과 Al2O3 기판(Al2O3 substrate) 사이의 앵커 층(anchoring layer) 및 기계적 연동(mechanical interlocking) 때문에 강한 결합 형성(Formation of strong bonds).
도 9는 본 발명에 따른 에어로졸 증착(AD) 공정에 의해 단단한 기판 상에 Cu의 다른 비율을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름의 성장 메커니즘. 1 is a plan view SEM image (a) 2㎛ Cu powder having a mean particle size (Cu powder) (b) 0.5㎛ average grain Al 2 O 3 powder having a diameter (Al 2 O 3 powder) of the image of each of the materials .
Figure 2 is a SEM image of the Al 2 O 3 / Cu composite film (Al 2 O 3 / Cu composite films) the ratio of Cu and Al 2 O 3 other deposition.
FIG. 3 shows RMS roughness graphs corresponding to the surface morphology of Al 2 O 3 / Cu composite films, films deposited with various Cu contents of 50 wt% to 90 wt% (AFM).
4 is a SEM micrograph of a Cu-50 wt% composite film and a Cu-80 wt% composite film and an EDS element mapping of copper, aluminum, and oxygen on Al 2 O 3 / Cu. EDS elemental mapping results).
FIG. 5 is a variation of resistivity of deposited composite films having different Cu powder contents. FIG.
6 is an analysis of acoustic signals resulting from the application of tangential forces to Al 2 O 3 / Cu composite films having different Cu contents.
7 shows the adhesive strength between an Al 2 O 3 / Cu (50 wt%: 50 wt%) composite film and an Al 2 O 3 substrate (red line), an Al 2 O 3 film and an Al 2 O 3 substrate ( blue) or adhesive strength between the Cu film and the Al 2 O 3 black line.
8 shows (a), (b) weak bond formation due to mechanical interlocking between the original Cu film and the Al 2 O 3 substrate, (c) Al 2 O 3 film (Al 2 O 3 film) and Al 2 O 3 substrate (Al 2 O 3 substrate) anchor layer (anchoring layer) and a mechanical interlock (mechanical interlocking) formed a strong bond because (formation of strong bonds) between.
9 is a growth mechanism of Al 2 O 3 / Cu composite film having different proportions of Cu on a rigid substrate by an aerosol deposition (AD) process according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail the configuration and operation of the invention.

필름 저항(Film Resistor)의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정(Aerosol Deposition Process)을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름(AlO3-polyimide composite film)의 접착 방법이 개시된다. 필름 저항용 Al2O3/Cu 복합 필름이 에어로졸 증착(AD) 프로세스를 사용하여 실온에서 성공적으로 가공되었다. Al2O3/Cu 복합 필름의 미세구조가 표면 형태와 Al2O3/Cu 비율 간의 상관성을 알아보기 위해 관찰되었다. Al2O3/Cu 복합 필름에 적용되는 부하를 점진적으로 증가시킴으로써 스크래치 테스트(scratch test)가 수행되었다. 또한, Al2O3/Cu 복합 필름들과 Al2O3 기판 간의 인장강도(tensile strength)를 증가시킴으로써 접착력을 평가하였다. Al2O3/Cu 복합 필름의 접착성이 이러한 필름들과 Al2O3 기판 간의 기계적 인터로킹(mechanical interlocking) 및 앵커링 본드들(anchoring bonds) 때문에 2 접착 매커니즘(adhesive mechanisms)에 의해 강하게 영향을 받았다는 결과를 확인하였다. Al2O3와 Cu모두 50 wt%의 함량을 갖는 혼합 분말이 기판에 증착될 때, 접착 강도(adhesive strength)는 7.08 MPa였으며 저항도(resistivity)는 851.9Ωm였다.A method of adhering an Al 2 O 3 / Cu composite film (AlO 3 -polyimide composite film) is disclosed through an aerosol deposition process for application of a film resistor. Al 2 O 3 / Cu composite films for film resistance have been successfully processed at room temperature using an aerosol deposition (AD) process. The microstructure of the Al 2 O 3 / Cu composite film was observed to determine the correlation between the surface morphology and the Al 2 O 3 / Cu ratio. The scratch test was performed by gradually increasing the load applied to the Al 2 O 3 / Cu composite film. In addition, the adhesive strength was evaluated by increasing the tensile strength between the Al 2 O 3 / Cu composite films and Al 2 O 3 substrate. The adhesion of Al 2 O 3 / Cu composite films is strongly influenced by two adhesive mechanisms due to the mechanical interlocking and anchoring bonds between these films and the Al 2 O 3 substrate. Confirmed the result. When a mixed powder having a content of 50 wt% of both Al 2 O 3 and Cu was deposited on the substrate, the adhesive strength was 7.08 MPa and the resistivity was 851.9 μm.

본 발명의 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법은 (a) 출발 물질로써, α-Al2O3 분말과 구리(Cu) 분말을 상이한 비율로 혼합되며, 퍼니스 내에서 150℃로 건조되어 혼합 분말로부터 수분을 제거하고, 혼합 분말들이 에어로졸 챔버에 놓여지는 단계; (b) 헬륨 가스가 유량 제어기를 사용하여 주입되며, 헬륨 가스와 바이브레이터는 준비된 혼합 분말을 확산시켜 에어로졸을 생성하며, 캐리어 가스와 바이브레이터에 의해 형성된 에어로졸은 에어로졸 챔버와 증착 챔버 사이의 압력차에 의해 노즐로부터 분사되고 증착 챔버로 전달되며, 이때 에어로졸 가스는 8 분당 표준 리터의 캐리어 가스를 이용하여 노즐로부터 기판 위로 분사되고 증착 챔버로 전달되며, 이는 로터리 펌프와 기계적인 부스터 펌프에 의해 비워지며, 이후 에어로졸이 노즐에 의해 가속되고 기판에 살포되는 단계; 및 (c) 노즐로부터 주입된 분말이, 미리-설계된 X-Y 축을 따라 이동하는 기판에 충돌하여 밀(dense)하게 증착되어 필름 저항(film resistor)용 높은 접착 강도를 갖는 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름 인 접착 필름을 생성하는 단계를 포함한다. The method for bonding Al 2 O 3 / Cu composite film through the aerosol deposition process for the application of the film resistance of the present invention (a) as a starting material, α-Al 2 O 3 powder and copper (Cu) powder in different ratios Mixed, dried at 150 ° C. in the furnace to remove moisture from the mixed powder, and the mixed powders are placed in an aerosol chamber; (b) Helium gas is injected using a flow controller, the helium gas and the vibrator diffuse the prepared mixed powder to produce an aerosol, and the aerosol formed by the carrier gas and the vibrator is caused by the pressure difference between the aerosol chamber and the deposition chamber. Sprayed from the nozzle and delivered to the deposition chamber, where the aerosol gas is sprayed from the nozzle onto the substrate using a standard liter of carrier gas per 8 minutes and delivered to the deposition chamber, which is then emptied by a rotary pump and a mechanical booster pump. The aerosol is accelerated by the nozzle and sprayed onto the substrate; And (c) the powder injected from the nozzle is densely deposited by impinging on the substrate moving along the pre-designed XY axis, thereby providing an Al 2 O through an aerosol deposition process having a high adhesive strength for film resistors. 3 / Cu composite film to produce an adhesive film.

2. 실험2. Experiment

출발 물질은 0.5 ㎛의 평균 직경을 갖는 α-Al2O3 분말(α-Al2O3 powder) (Showa Denko Co., Ltd., Japan)과 2㎛의 평균 직경을 갖는 구리 분말(Cu powder)(Nippon Atomized Metal Powders co., Ltd., Japan)였다. 알루미나(Alumina)는 기판으로 선택되었다. 증착(deposition) 전에, 이러한 2 타입 분말들이 함께 혼합되며, 그후 퍼니스(furnace) 내에서 150℃로 건조되어 수분을 제거하였다. Cu 분말과 Al2O3 분말이 상이한 비율들(20:80, 50:50, 70:30, 80:20, 및 90:10 wt%)로 혼합되었다. 그후, 생성된 혼합 분말들이 에어로졸 챔버(aerosol chamber)에 놓여지고, 헬륨 가스(helium gas)가 유량 제어기(mass flow controller)를 사용하여 주입된다. 헬륨 가스와 바이브레이터(vibrator)는 준비된 분말(powder)을 확산시켜 에어로졸(aerosol)을 생성하였다. 에어로졸 가스(Aerosol gas)는 8 분당 표준 리터(standard liter per minute, SLM)의 캐리어 가스(carrier gas)를 이용하여 노즐로부터 분사되고 증착 챔버(deposition chamber)로 전달된다. 이때 캐리어 가스와 바이브레이터에 의해 형성된 에어로졸은 에어로졸 챔버(aerosol chamber)와 증착 챔버(deposition chamber) 사이의 압력차(pressure difference)에 의해 증착 챔버로 전달된다. 이는 로터리 펌프(rotary pump)와 기계적인 부스터 펌프(mechanical booster pump)에 의해 비워졌다. 그후, 노즐로부터 주입된 분말이, 미리-설계된 X-Y 축을 따라 이동하는 알루미나 기판과 충돌하여 밀(dense)하게 증착되었다. 필름의 밀도는 분말(powder)의 연장(elongation), 연성(ductility), 및 인장 강도(tensile strength)와 같은 기계적인 성질에 의해 영향을 받았다[31].The starting material is α-Al 2 O having an average diameter of 0.5 ㎛ 3 powder (α-Al 2 O 3 powder ) (Showa Denko Co., Ltd., Japan) and copper powder (Cu powder having an average diameter of 2㎛ (Nippon Atomized Metal Powders co., Ltd., Japan). Alumina was chosen as the substrate. Prior to deposition, these two types of powders were mixed together and then dried at 150 ° C. in a furnace to remove moisture. Cu powder and Al 2 O 3 powder were mixed in different ratios (20:80, 50:50, 70:30, 80:20, and 90:10 wt%). The resulting mixed powders are then placed in an aerosol chamber and helium gas is injected using a mass flow controller. Helium gas and vibrator diffused the prepared powder to produce an aerosol. Aerosol gas is injected from the nozzle and delivered to a deposition chamber using a carrier gas of standard liter per minute (SLM) per eight minutes. In this case, the aerosol formed by the carrier gas and the vibrator is transferred to the deposition chamber by a pressure difference between the aerosol chamber and the deposition chamber. This was emptied by a rotary pump and a mechanical booster pump. The powder injected from the nozzle was then deposited dense in impact with the alumina substrate moving along the pre-designed XY axis. The density of the film was influenced by mechanical properties such as elongation, ductility, and tensile strength of the powder [31].

Al2O3/Cu 복합 필름의 미세구조는 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy)(FE-SEM, S-470, HITACHI LTD., 일본)을 사용하여 관찰되었다. 원자 현미경(Atomic force microscopy)(N3 NEOS, Brucker, 독일)을 사용하여 상이한 Cu와 Al2O3 함량에 따라 가변되는 표면 형태(surface morphology)를 관찰하는데 사용되었다. 증착 필름 상에서 Al2O3와 Cu 분말의 분포와 함량은 에너지 분산형 스테레오스코피(EDS, energy dispersive stereoscopy) 매핑 분석(EDS mapping analysis)에 의해 분석되었다. Al2O3/Cu 복합 필름의 저항성(resistivity)은 4-점 프로브 시스템(four-point probe system)(Mitsubishi Chemical Corporation, Loresta-GP MCP-T6 00, Japan)을 이용하여 측정 및 평가되었다. 코팅 필름의 표면 경도(surface hardness)를 측정하기 위해, 필름에 인가되는 정상 부하를 가변시킴으로써 스크래치 테스트(scratch test)가 수행되었다. 알루미나 기판(alumina substrate)과 Al2O3/Cu 복합 필름 사이의 접착 강도(adhesive strength)는 범용 시험기(DUT-300CM, Daekyung engineering Corp., 한국)를 사용하여 측정되었다.The microstructure of the Al 2 O 3 / Cu composite film was observed using a scanning electron microscopy (FE-SEM, S-470, HITACHI LTD., Japan). Atomic force microscopy (N3 NEOS, Brucker, Germany) was used to observe surface morphology that varies with different Cu and Al 2 O 3 contents. The distribution and content of Al 2 O 3 and Cu powders on the deposited films were analyzed by energy dispersive stereoscopy (EDS) mapping analysis. The resistivity of the Al 2 O 3 / Cu composite film was measured and evaluated using a four-point probe system (Mitsubishi Chemical Corporation, Loresta-GP MCP-T6 00, Japan). In order to measure the surface hardness of the coating film, a scratch test was performed by varying the normal load applied to the film. The adhesive strength between the alumina substrate and the Al 2 O 3 / Cu composite film was measured using a general purpose tester (DUT-300CM, Daekyung engineering Corp., Korea).

3. 결과3. Results

도 1은 Al2O3 분말(Al2O3 powder)과 Cu 분말(Cu powder)을 혼합하기 전 이들의 SEM 현미경 이미지를 나타낸다. 도 1(a) 및 1(b)에 도시된 바와 같이, 0.5㎛의 평균 입자 크기를 갖는 많은 Al2O3 입자들(Al2O3 particles)은 각진 형태(angular shape)를 가지며 그 중 일부는 응집되었다(agglomerated). 대조적으로, Cu 분말은 2 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 구 형태(spherical shape)를 가졌다. 이러한 Al2O3 분말 및 Cu 분말들을 이용하여, 1.2-1.5 ㎛의 두께를 갖는 Al2O3/Cu 하이브리드 복합 필름이 에어로졸 증착(AD) 공정을 사용하여 알루미나 기판에 성공적으로 증착되었다. 다른 Cu 함량을 갖는 증착된 Al2O3/Cu 복합 필름(Al2O3/Cu composite film with different Cucontents)의 표면 미세구조는 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 관찰되었다. 1 is Al 2 O 3 powder (Al 2 O 3 powder), and shows a former of these SEM microscope image mixing Cu powder (Cu powder). As shown in Fig. 1 (a) and 1 (b), the number of Al 2 O 3 particles having a mean particle size of 0.5㎛ (Al 2 O 3 particles) has an angled shape (angular shape) Some of the Was agglomerated. In contrast, the Cu powder had a spherical shape with an average particle size of 2 μm. Using these Al 2 O 3 powders and Cu powders, Al 2 O 3 / Cu hybrid composite films having a thickness of 1.2-1.5 μm were successfully deposited on an alumina substrate using an aerosol deposition (AD) process. The deposited Al 2 O 3 / Cu composite film surface microstructure of the (Al 2 O 3 / Cu composite film with different Cucontents) with different Cu contents were observed by scanning electron microscopy (SEM).

도 2(a)에 도시된 바와 같이, 90 wt% Cu와 10 wt%의 Al2O3의 함량을 갖는 증착된 Al2O3/Cu 복합 필름의 경우, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 필름 상에서 느슨하게 본딩되는 입자들이 Cu의 미가공 분말(raw powder of Cu)로써 관측된 바와 같이 거의 구 형태(spherical shapes)를 나타냈다. As shown in FIG. 2 (a), for the deposited Al 2 O 3 / Cu composite film having a content of 90 wt% Cu and 10 wt% Al 2 O 3 , as shown in FIG. Likewise, loosely bonded particles on the film exhibited almost spherical shapes as observed as the raw powder of Cu.

또한, Al2O3의 중량비(weight percentage)가 50%로 증가되어 Al2O3 기판 상에 증착되었을 때, Al2O3/Cu 복합 필름 표면 상의 구 형태(spherical shapes)는 도 2(c)에 도시된 바와 같이 감소하였다. 이는 높은 경도(high hardness)를 갖는 Al2O3 입자의 증가가 Cu 입자들과 Al2O3 입자들 간의 충돌의 증가를 초래하였음을 의미한다. 그렇게 함으로써, Cu 입자들의 큰 소성 변형 그리고 Cu 입자들과 더불어 Cu 및 Al2O3 입자들 간의 강한 결합이 얻어져, 필름의 표면 경도(surface hardness of film)와 필름과 기판 간의 접착 강도(adhesive strength between film and substrate)에 영향을 미쳤다. In addition, when the weight percentage of Al 2 O 3 is increased to 50% and deposited on an Al 2 O 3 substrate, the spherical shapes on the surface of the Al 2 O 3 / Cu composite film are shown in FIG. Decreases). This means that an increase in Al 2 O 3 particles with high hardness resulted in an increase in collision between Cu particles and Al 2 O 3 particles. By doing so, a large plastic deformation of the Cu particles and a strong bond between the Cu and Al 2 O 3 particles together with the Cu particles are obtained, resulting in the surface hardness of the film and the adhesive strength between the film and the substrate. between film and substrate).

또한, 도 3(a)에 나타난 바와 같이, 원자 현미경(AFM) 분석을 수행하여, 다른 Cu 함량을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름들의 표면 형태를 확인하였다. In addition, as shown in Figure 3 (a), atomic force microscopy (AFM) analysis was performed to confirm the surface morphology of Al 2 O 3 / Cu composite films having different Cu content.

도 3(b)에 나타난 바와 같이, 에어로졸(AD) 공정을 사용하여 Cu 분말 함량이 높을수록, 그 표면의 RMS 거칠기(RMS roughness of the surface)가 증가되었다. 특히, 80 wt%를 초과하는 Cu 함량을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름들은 RMS 거칠기에 있어서 급격한 상승을 나타냈다. 50, 70, 80, 및 90 wt%의 Cu를 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름의 RMS 거칠기 값은, 각각, 111 ㎚, 121 ㎚, 124 ㎚, 및 152 ㎚ 였다. 표면 거칠기 변화(surface roughness variation)의 주된 이유는 Al2O3/Cu 혼합 분말이 고속으로 Al2O3 기판과 충돌할 때, Al2O3 입자들보다 크기가 더 큰 연성 Cu 입자들이 충분히 분열되지 않는다[32]. 또한, 다음의 경질 세라믹 입자들(hard ceramic particles)에 의해 야기되는 해머링 효과(hammering effect)가 분말(powder)의 파쇄로 귀결되어, 낮은 표면 거칠기(low surface roughness)를 가져올 수 있다. 반면, 상기 혼합물에서 후속 Cu 입자들은 Cu 재료의 낮은 경도와 연성 기계적 성질(low hardness and ductile mechanical properties of Cu materials) 때문에 효과적인 해머링 효과에 영향받을 수 없었다[33]. 이러한 이유들로, 거친 필름 표면(rough film surface)이 많은 양의 Cu를 포함하는 Al2O3/Cu 복합 필름의 경우에 나타났다고 밝혀졌다.As shown in Figure 3 (b), the higher the Cu powder content using the aerosol (AD) process, the RMS roughness of the surface was increased. In particular, Al 2 O 3 / Cu composite films having a Cu content of more than 80 wt% showed a sharp rise in RMS roughness. RMS roughness values of the Al 2 O 3 / Cu composite film having 50, 70, 80, and 90 wt% Cu were 111 nm, 121 nm, 124 nm, and 152 nm, respectively. The main reason for the surface roughness variation is that soft Cu particles larger in size than Al 2 O 3 particles sufficiently break apart when the Al 2 O 3 / Cu mixed powder collides with the Al 2 O 3 substrate at high speed. Not [32]. In addition, the hammering effect caused by the following hard ceramic particles can result in crushing of the powder, resulting in low surface roughness. In contrast, subsequent Cu particles in the mixture could not be affected by the effective hammering effect due to the low hardness and ductile mechanical properties of Cu materials [33]. For these reasons, it was found that a rough film surface appeared in the case of the Al 2 O 3 / Cu composite film containing a large amount of Cu.

도 4는 상이한 비율의 Cu (50 및 80 wt%)를 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름의 표면 SEM과 대응하는 EDS 매핑 이미지들을 나타낸다. 도 4(b-d)에 나타난 바와 같이, 50 wt%의 Cu 함량의 출발 Al2O3/Cu 분말을 이용하여 가공된 Al2O3/Cu 복합 필름은 53.64 wt%의 Cu 함량이 나타났는데, 이는 에어로졸 챔버에서 준비되는 혼합 분말의 Al2O3/Cu 비와 거의 유사하다. 80 wt%의 Cu 함량을 갖는 출발 분말에 의해 준비된 Al2O3/Cu 복합 필름의 경우, 도 4(f-h)에 나타난 바와 같이, 79.51 wt%의 Cu, 10.18 wt%의 Al 및 10.31 wt%의 O가 관찰되었다. 이는 에어로졸 챔버 내의 Al2O3/Cu 분말이 균일하게 혼합되었음을 지시한다. 이 분말(powder)이 유리 노즐(glass nozzle)로부터 분사되었을 때, Al2O3 기판 상에도 균일하게 증착되었다. 4 shows the surface SEM and corresponding EDS mapping images of Al 2 O 3 / Cu composite film with different proportions of Cu (50 and 80 wt%). As shown in FIG. 4 (bd), the Al 2 O 3 / Cu composite film processed using 50 wt% of the starting Al 2 O 3 / Cu powder had a Cu content of 53.64 wt%. It is almost similar to the Al 2 O 3 / Cu ratio of the mixed powder prepared in the aerosol chamber. For Al 2 O 3 / Cu composite films prepared by starting powders with a Cu content of 80 wt%, 79.51 wt% Cu, 10.18 wt% Al and 10.31 wt% as shown in FIG. 4 (fh). O was observed. This indicates that the Al 2 O 3 / Cu powder in the aerosol chamber was uniformly mixed. When this powder was sprayed from the glass nozzle, it was evenly deposited on the Al 2 O 3 substrate.

그후, 도 5에 나타난 바와 같이, 4-점 프로브 시스템(four-point probe system)을 이용한 다른 함량의 Cu에 따르면 저항도(resistivity)에 있어서 변화가 측정되었다. 그 결과, Cu 함량이 증가함에 따라 저항도는 점진적으로 감소하였는데, 이는 Cu 입자들 간의 연결의 증가를 암시한다. 반대로, 에어로졸(AD) 공정을 사용하여 Al2O3/Cu 복합 필름의 Al2O3 절연체 함량을 증가시키는 것은 필름 저항(film resistors)의 적용을 위한 단위 면적 당 저항(resistance per unit area)을 증가시키는데 매우 간단하고 효과적인 방법이다.Then, as shown in FIG. 5, the change in resistivity was measured according to different contents of Cu using a four-point probe system. As a result, the resistance gradually decreased as the Cu content increased, suggesting an increase in the connection between the Cu particles. Conversely, increasing the Al 2 O 3 insulator content of an Al 2 O 3 / Cu composite film using an aerosol (AD) process reduces the resistance per unit area for the application of film resistors. It is a very simple and effective way to increase.

그 다음에, Al2O3/Cu 복합 필름의 기계적 특성으로부터 그 형성 매커니즘을 조사하기 위해, 스크래치 테스트(scratch test)를 통해 Cu 또는 Al2O3 함량에 따른 표면의 경도(hardness of the surface)가 조사되었다. 접선력(tangential force)을 점진적으로 증가시키는 동안 일정 속도로 기판(substrate) 상의 코팅층(coating layer)에 걸쳐 다이아몬드 팁(diamond tip)이 제거되었다. Then, in order to investigate the formation mechanism from the mechanical properties of the Al 2 O 3 / Cu composite film, a scratch test was used to determine the hardness of the surface according to the Cu or Al 2 O 3 content. Was investigated. Diamond tips were removed across the coating layer on the substrate at a constant rate while gradually increasing the tangential force.

도 6은 Al2O3/Cu 복합 필름에 대한 부하가 점차 증가될 때 필름의 박리를 음향 신호(acoustic signal)로서 검출함으로써 얻어지는 이미지들을 나타낸다. 일반적으로, 스크래치 경도(scratch hardness)는 재료의 연성(ductility), 탄성력 상수(elastic stiffness), 응력변형(strain), 및 가소성(plasticity)에 의해 영향을 받는다. 도 6(a)에 나타난 바와 같이, 0.6 N 정도의 매우 낮은 부하에서조차 Cu-90 wt% 필름의 표면에 크랙(crack)이 형성되는 것이 확인되었다. Cu-70 wt%와 Cu-50 wt%의 경우에, 약 1.2N의 부하가 스크래치 테스터(scratch tester)의 팁(tip)에 인가되었을 때, 스크래치는 확실하게 악화되었다. 또한 Cu-50 wt%의 복합 필름들은 상대적으로 높은 부하가 인가되었을 때 표면 상에 스크래치들을 나타냈다. Al2O3 입자들의 비커스 경도(Vickers hardness)는 15.71 GPa 이고[36], 이는 Cu 입자들(350 MPa)보다 훨씬 높다. 세라믹(ceramics)은 대체로 이온 결합(ionic bonds)과 공유 결합(covalent bonds)으로 구성되므로[38], 전위(dislocation)를 발생시키려면 높은 온도나 높은 인가 부하를 필요로 한다. 이러한 이유로, 실온에서 에어로졸 증착(AD) 공정에 의해 성장된 높은 Al2O3 함량을 갖는 증착 필름은 잘 파괴되지 않는 것으로 추정되었다.FIG. 6 shows images obtained by detecting peeling of the film as an acoustic signal when the load on the Al 2 O 3 / Cu composite film is gradually increased. In general, scratch hardness is affected by the ductility, elastic stiffness, strain, and plasticity of the material. As shown in Fig. 6 (a), it was confirmed that cracks formed on the surface of the Cu-90 wt% film even at a very low load of about 0.6 N. In the case of Cu-70 wt% and Cu-50 wt%, scratches were clearly worsened when a load of about 1.2 N was applied to the tips of the scratch tester. Also, Cu-50 wt% composite films showed scratches on the surface when a relatively high load was applied. Vickers hardness of Al 2 O 3 particles is 15.71 GPa [36], which is much higher than Cu particles (350 MPa). Since ceramics are generally composed of ionic and covalent bonds [38], dislocations require high temperatures or high applied loads. For this reason, it was assumed that a deposited film having a high Al 2 O 3 content grown by an aerosol deposition (AD) process at room temperature was not destroyed well.

필름 저항(film resistors)에 적용을 위해, 표면의 경도(hardness)와 필름과 기판 간의 강한 결합(strong bond) 형성 모두가 매우 중요하다. 따라서, Al2O3/Cu (50 wt%: 50 wt%) 복합 필름과 Al2O3 기판(Al2O3 substrate) 간의 접착 강도(adhesion strength)를 시험하여 그 접착을 추정하였다. 그리고, 이전에 연구된 Al2O3 기판 상에서의 Al2O3 필름과 Cu 필름이 비교를 위해 사용되었다. For application to film resistors, both the hardness of the surface and the formation of strong bonds between the film and the substrate are very important. Thus, Al 2 O 3 / Cu ( 50 wt%: 50 wt%) to test the adhesion strength (adhesion strength) between the composite film and the Al 2 O 3 substrate (Al 2 O 3 substrate) to estimate the adhesion. And, the Al 2 O 3 film and Cu film on the previously studied Al 2 O 3 substrate were used for comparison.

도 7(a)에서, Al2O3 필름과 Al2O3 기판 간의 접착 강도(adhesion strength)는 12.98 MPa이었으며, 이는 Al2O3/Cu (50 wt%: 50 wt%) 복합 필름과 Cu 필름의 접착 강도보다 높았다. Al2O3 입자들이 높은 경도의 Al2O3 기판과 충돌할 때, 높은 충격 에너지를 갖는 이러한 입자들이 심한 분쇄를 일으킨다. 이러한 분쇄된 입자들은 높은 열 에너지를 갖는 강한 결합(strong bond)을 형성하여 Al2O3 입자들(Al2O3 particles)과 기판(substrate) 간의 앵커링 본드(anchoring bonds)를 갖는 밀한 필름(dense films)을 형성한다[20, 29]. 또한, 이후의 Al2O3 입자들이 이전에 증착된 Al2O3 필름 상에서 해머링 효과를 일으켜, 강한 결합(strong bond)를 형성하게 된다. 그러므로, Al2O3 분말 만이 기판에 증착되었을 때, 기판과 필름 간의 결합력이 더 높아짐에 따라 더 강하고 더 밀한 필름(stronger and denser film)이 형성되었다. 반면, Al2O3 기판 상의 Cu 필름의 접착 강도는 최대 4.09 MPa 이었다[28]. 노즐로부터 분사된 Cu 입자들이 단단한 Al2O3 기판과 충돌될 때 쿠셔닝 액션(cushioning action)이 일어나는 동안 Cu 입자들의 소성 변형(plastic deformation of Cu particles)이 그 분쇄보다 더 지배적으로 발생한다. 그러므로, Cu 필름(Cu film)이 강한 알루미나 기판(hard alumina substrate) 상에서 성공적으로 성장되었을지라도, Al2O3 기판과 Cu 입자들 간의 기계적 인터로킹(mechanical interlocking)이 높은 접착력을 갖지 않는다(not have high adhesion)[28, 40]. 그러므로, 필름과 기판은 낮은 인장력(low tensile force)에서도 분리된다.In FIG. 7 (a), the adhesion strength between the Al 2 O 3 film and the Al 2 O 3 substrate was 12.98 MPa, which was Al 2 O 3 / Cu (50 wt%: 50 wt%) composite film and Cu. It was higher than the adhesive strength of the film. When Al 2 O 3 particles collide with high hardness Al 2 O 3 substrates, these particles with high impact energy cause severe grinding. Such comminuted particles are dense film having an anchoring bond (anchoring bonds) between the strong binding (strong bond) to form the Al 2 O 3 particles having a high thermal energy (Al 2 O 3 particles) and the substrate (substrate) (dense films) [20, 29]. In addition, subsequent Al 2 O 3 particles will have a hammering effect on the previously deposited Al 2 O 3 film, forming a strong bond. Therefore, when only Al 2 O 3 powder was deposited on the substrate, a stronger and denser film was formed as the bonding force between the substrate and the film became higher. In contrast, the adhesive strength of the Cu film on the Al 2 O 3 substrate was up to 4.09 MPa [28]. Plastic deformation of Cu particles occurs more dominantly than its crushing during the cushioning action when the Cu particles ejected from the nozzle collide with the rigid Al 2 O 3 substrate. Therefore, even though a Cu film has been successfully grown on a hard alumina substrate, mechanical interlocking between the Al 2 O 3 substrate and the Cu particles does not have high adhesion (not have). high adhesion) [28, 40]. Therefore, the film and the substrate are separated even at low tensile force.

더구나, Al2O3/Cu (50 wt%: 50 wt%) 복합 필름의 경우에, 7.08 MPa의 접착 강도를 나타냈으며, 이는 Cu 필름의 접착 강도보다 1.7배 높다. 도 8(a) 및 8(b)에 나타난 바와 같이, Cu 입자들이 Al2O3 기판의 거친 표면을 채우는 한편 Al2O3 기판과 증착된 Cu 필름은 서로 분리되었다[41]. 반대로, Al2O3/Cu 복합 필름은 Al2O3 기판에 잘 접착되어, 도 8(c)에 나타난 바와 같이, Cu 필름과 Al2O3 기판의 양호한 접착 강도를 나타냈다. 그러므로, 에어로졸 증착(AD) 공정에 의해 가공된 알루미나 기판 상의 Al2O3 필름과 Cu 필름의 증착 매커니즘에 기초하여, Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 강도는 Cu 입자들의 기계적 인터로킹(mechanical interlocking of Cu particles)과 Al2O3 입자들의 앵커링 결합(anchoring bonds)의 비중에 의존적인 것으로 추정되었다.Moreover, in the case of the Al 2 O 3 / Cu (50 wt%: 50 wt%) composite film, it showed an adhesive strength of 7.08 MPa, which is 1.7 times higher than that of the Cu film. Figure 8 (a) and as shown in 8 (b), Cu particles are Al 2 O 3 filling the rough surface while the Al 2 O 3 substrate and the deposited Cu film of the substrate were separated from each other [41]. In contrast, Al 2 O 3 / Cu composite film is well adhered to the Al 2 O 3 substrate, as shown in FIG. 8 (c), showed good adhesive strength of the Cu film and the Al 2 O 3 substrate. Therefore, based on the deposition mechanism of the Al 2 O 3 film and the Cu film on the alumina substrate processed by the aerosol deposition (AD) process, the adhesive strength of the Al 2 O 3 / Cu composite film is the mechanical interlocking of the Cu particles. interlocking of Cu particles and Al 2 O 3 particles were estimated to be dependent on the specific gravity of the anchoring bonds.

상기 결과들로부터, 우리는 Al2O3/Cu 합성물의 접착 매커니즘을 더 상세히 제안 및 설명하기 위해, Cu와 Al2O3 의 함량에 따라 기판 상에서 3 종류의 필름 형성을 고려하였다. From the above results, we considered three types of film formation on the substrate depending on the content of Cu and Al 2 O 3 to suggest and explain the adhesion mechanism of the Al 2 O 3 / Cu composite in more detail.

도 9(a)에 나타난 바와 같이, Cu: Al2O3 = 20 wt% : 80 wt%의 경우, Cu입자들보다 Al2O3 입자들이 더 많았다. 그리하여, 많은 분쇄된 Al2O3 입자들이 넓은 범위의 필름(film)에서 형성되어, 많은 앵커링 결합(anchoring bonds)에 기인하는 단단한 코팅층(hard coating layer)을 만들었다. 또한, 이러한 입자들이 단단한 세라믹 기판 상에서 충돌하였기에, Cu입자들의 인장 강도가 수평 방향으로 현저한 소성 변형을 발생시켜, Cu 입자들과 Al2O3 기판 간의 기계적 인터로킹을 형성하였다[28]. 따라서, 많은 양의 Al2O3를 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름의 경우에, 그들은 우수한 강도(superior adhesive strength)와 표면 경도(surface hardness)를 가졌다. 그러나, 매우 높은 저항성(high resistivity)에 기인하여 절연체(insulator)로서 기능할 수 있기 때문에 이들을 필름 저항(film resistors)에 적용하는 것은 매우 어렵다.As shown in FIG. 9 (a), in the case of Cu: Al 2 O 3 = 20 wt%: 80 wt%, there were more Al 2 O 3 particles than Cu particles. Thus, many pulverized Al 2 O 3 particles were formed in a wide range of films, creating a hard coating layer due to many anchoring bonds. In addition, since these particles collided on a rigid ceramic substrate, the tensile strength of the Cu particles generated a significant plastic deformation in the horizontal direction, thereby forming a mechanical interlocking between the Cu particles and the Al 2 O 3 substrate [28]. Thus, in the case of Al 2 O 3 / Cu composite films having large amounts of Al 2 O 3 , they had superior adhesive strength and surface hardness. However, it is very difficult to apply them to film resistors because they can function as insulators due to very high resistivity.

반면, 도 9(c)에 나타난 바와 같이, Cu 입자들이 Al2O3 입자들보다 클 때, Al2O3 기판의 표면을 채우는 일부 Cu 입자들(Cu particles)이 증가하였다. 그러므로, 필름과 기판 간의 기계적 인터로킹이 증가하고, 앵커링 결합(anchoring bonds)의 부족(lack)이 낮은 접착 강도(low adhesive strength)를 가져왔다. 낮은 저항성을 갖는 Cu 입자들이 다량 포함되었을 때, 필름 저항에 적합하지 않았으며 또한 외부 충격에 취약하였다. 도 9(b)에 나타난 바와 같이, Cu와 Al2O3 (50 wt% : 50 wt%)가 기판 상에 증착될 때, Cu 입자들 간의 적정한 기계적 인터로킹이 형성되었다. 또한, 충분한 앵커링 층(anchoring layer)도 세라믹 대 세라믹 결합(ceramic to ceramic bonding)에 의해 형성되었다. Cu: Al2O3 = 50% : 50%의 복합 필름이 높은 접착 강도(high adhesive strength)를 가질 뿐 아니라 적절히 낮은 저항성(low resistivity)도 갖는 것으로 밝혀졌다.On the other hand, when the Cu particles are larger than the Al 2 O 3 particles, as shown in FIG. 9 (c), some Cu particles filling the surface of the Al 2 O 3 substrate increased. Therefore, the mechanical interlocking between the film and the substrate is increased, and the lack of anchoring bonds has resulted in low adhesive strength. When large amounts of Cu particles with low resistance were included, they were not suitable for film resistance and were also susceptible to external impact. As shown in FIG. 9 (b), when Cu and Al 2 O 3 (50 wt%: 50 wt%) were deposited on the substrate, proper mechanical interlocking between Cu particles was formed. In addition, sufficient anchoring layers were also formed by ceramic to ceramic bonding. It was found that the composite film of Cu: Al 2 O 3 = 50%: 50% has not only high adhesive strength but also moderately low resistivity.

4. 결론4. Conclusion

필름 저항(film resistor)용 높은 접착 강도를 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름이 에어로졸 증착(AD) 공정에 의해 성공적으로 가공되었다. Al2O3/Cu 복합 필름과 Al2O3 기판 사이의 접착 강도(adhesive strength)는 Al2O3 함량을 증가시킴에 따라 4.09 MPa에서 12.98 MPa까지 변화하였다. 또한, 표면 경도(surface hardness)는 같은 경향을 나타냈다. Al2O3 입자들과 기판 사이의 앵커링 층이 Al2O3의 높은 경도와 연성을 갖는 부드러운 Cu에 의해 형성되었다. 그러므로, Cu 입자들(Cu particles)이 고속으로 딱딱한 Al2O3 기판과 충돌함에도, 기계적 인터로킹(mechanical interlocking)이 형성되어, 약한 결합(weak bonding)을 초래하였다. High adhesive strength Al 2 O 3 / Cu composite films for film resistors have been successfully processed by an aerosol deposition (AD) process. The adhesive strength between the Al 2 O 3 / Cu composite film and the Al 2 O 3 substrate varied from 4.09 MPa to 12.98 MPa as the Al 2 O 3 content was increased. In addition, surface hardness showed the same tendency. An anchoring layer between the Al 2 O 3 particles and the substrate was formed by soft Cu having a high hardness and ductility of Al 2 O 3 . Therefore, even when Cu particles collide with a hard Al 2 O 3 substrate at high speed, mechanical interlocking is formed, resulting in weak bonding.

반면, Cu 입자들의 양(amount of Cu particles)이 증가되었을 때, Al2O3/Cu 복합 필름의 전기 저항도(electrical resistivity of the film)가 감소되었다. 결과적으로, Al2O3/Cu 복합 필름과 Al2O3 기판 간의 저항(resistance)과 결합력(bonding force)은 이러한 Cu, Al2O3 두 물질들과 딱딱한 알루미나 기판 간의 상관성에 의해 현저하게 영향을 받았다. 가공된 Al2O3/Cu (50 wt% : 50 wt%) 복합 필름이 양호한 접착 강도(good adhesive strength) 및 낮은 전기 저항도(low electrical resistivity)를 나타냈다. 이들은 필름의 두께와 폭(thickness and width of the films)을 가변시킴으로써 박막 및 후박 저항(thin and thick film resistors)에 적용될 수 있다.On the other hand, when the amount of Cu particles was increased, the electrical resistivity of the Al 2 O 3 / Cu composite film was reduced. As a result, the resistance and bonding force between the Al 2 O 3 / Cu composite film and the Al 2 O 3 substrate were significantly influenced by the correlation between these two Cu, Al 2 O 3 materials and the rigid alumina substrate. Received. The processed Al 2 O 3 / Cu (50 wt%: 50 wt%) composite film showed good adhesive strength and low electrical resistivity. They can be applied to thin and thick film resistors by varying the thickness and width of the films.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the appended claims by those skilled in the art. It will be understood that various modifications or variations may be made.

AD: 에어로졸 증착(Aerosol Deposition)
Al2O3/Cu composite films: Al2O3/Cu 복합 필름
Cu particles: 구리(Cu) 입자들
Al2O3 particles: 산화 알루미늄(Al2O3) 입자들AD: Aerosol Deposition
Al 2 O 3 / Cu composite films: Al 2 O 3 / Cu composite films
Cu particles: Cu particles
Al 2 O 3 particles: Al 2 O 3 particles

Claims (12)

(a) 출발 물질로써, α-Al2O3 분말과 Cu 분말을 상이한 비율로 혼합되며, 퍼니스 내에서 150℃로 건조되어 혼합 분말들로부터 수분을 제거하고, 상기 혼합 분말들이 에어로졸 챔버에 놓여지는 단계;
(b) 헬륨 가스가 유량 제어기를 사용하여 주입되며, 헬륨 가스와 바이브레이터는 준비된 혼합 분말을 확산시켜 에어로졸을 생성하며, 캐리어 가스와 바이브레이터에 의해 형성된 에어로졸은 에어로졸 챔버와 증착 챔버 사이의 압력차에 의해 노즐로부터 분사되고 증착 챔버로 전달되며, 에어로졸이 노즐에 의해 가속되고 기판에 살포되는 단계;
(c) 상기 노즐로부터 주입된 분말이, 미리-설계된 X-Y 축을 따라 이동하는 상기 기판에 충돌하여 밀(dense)하게 기판 상에 증착되며, 에어로졸 증착 공정을 통해 필름 저항(film resistor)용 높은 접착 강도를 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 필름을 생성하는 단계;
를 포함하는 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.(a) As starting materials, α-Al 2 O 3 powder and Cu powder are mixed in different proportions, dried at 150 ° C. in the furnace to remove moisture from the mixed powders, and the mixed powders are placed in an aerosol chamber step;
(b) Helium gas is injected using a flow controller, the helium gas and the vibrator diffuse the prepared mixed powder to produce an aerosol, and the aerosol formed by the carrier gas and the vibrator is caused by the pressure difference between the aerosol chamber and the deposition chamber. Sprayed from the nozzle and delivered to the deposition chamber, the aerosol accelerated by the nozzle and sprayed onto the substrate;
(c) powder injected from the nozzle is deposited onto the substrate in a dense manner by colliding with the substrate moving along a pre-designed XY axis, and having a high adhesion strength for film resistors through an aerosol deposition process. Generating an adhesive film of an Al 2 O 3 / Cu composite film having a;
Adhesion method of Al 2 O 3 / Cu composite film through an aerosol deposition process for the application of film resistance comprising a. 제1항에 있어서,
상기 혼합 분말은 각진 형태의 0.5 ㎛의 평균 직경을 갖는 α-Al2O3 분말과 구 형태의 2㎛의 평균 직경을 갖는 Cu 분말을 사용하며, Al2O3 분말 및 Cu 분말들을 사용하여, 1.2-1.5 ㎛의 두께를 갖는 Al2O3/Cu 하이브리드 복합 필름이 에어로졸 증착(AD) 공정을 사용하여 알루미나 기판에 증착되는, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 1,
The mixed powder uses an α-Al 2 O 3 powder having an average diameter of 0.5 μm in an angular form and a Cu powder having an average diameter of 2 μm in a spherical form, and using Al 2 O 3 powder and Cu powders, via an aerosol deposition process and the Al 2 O 3 / Cu hybrid composite film having a thickness of 1.2-1.5 ㎛ using the aerosol deposition (AD) process for the application of a film resistor deposited on the alumina substrate Al 2 O 3 / Cu Method of bonding composite film. 제1항에 있어서,
상기 단계(a)에서
상기 혼합 분말은 상기 Cu 분말들과 상기 Al2O3 분말들이 20:80, 50:50, 70:30, 80:20, 및 90:10 wt% 상이한 비율로 혼합되는, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 1,
In step (a)
The mixed powder is for the application of film resistance, wherein the Cu powders and the Al 2 O 3 powders are mixed in different ratios of 20:80, 50:50, 70:30, 80:20, and 90:10 wt%. Adhesion method of Al 2 O 3 / Cu composite film through aerosol deposition process. 제1항에 있어서,
상기 기판은 알루미나(Alumina, Al2O3) 기판을 사용하는, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 1,
The substrate is an alumina (Alumina, Al 2 O 3 ) substrate, a method for bonding Al 2 O 3 / Cu composite film through an aerosol deposition process for the application of film resistance. 제1항에 있어서,
상기 Al2O3/Cu 복합 필름의 미세구조는 주사 전자 현미경(SEM) 또는 원자 현미경(AFM)을 사용하여 상이한 Cu와 Al2O3 함량에 따라 가변되는 표면 형태(surface morphology)를 관찰하였으며, 증착 필름 상에서 Al2O3와 Cu 분말의 분포와 함량은 에너지 분산형 스테레오스코피 매핑 분석(EDS mapping analysis)에 의해 분석되었으며, Al2O3/Cu 복합 필름의 저항성(resistivity)은 4-점 프로브 시스템을 사용하여 측정 및 평가되었으며, 코팅 필름의 표면 경도(surface hardness)를 측정하기 위해, 필름에 인가되는 정상 부하를 가변시킴으로써 스크래치 테스트(scratch test)가 수행되는, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 1,
The microstructure of the Al 2 O 3 / Cu composite film was observed by using a scanning electron microscope (SEM) or atomic microscope (AFM) to observe the surface morphology (variable surface morphology) according to different Cu and Al 2 O 3 content, The distribution and content of Al 2 O 3 and Cu powders on the deposited films were analyzed by energy dispersive stereoscopy mapping analysis, and the resistivity of Al 2 O 3 / Cu composite films was determined by four-point probes. Aerosol deposition for application of film resistance, measured and evaluated using a system, where a scratch test is performed by varying the normal load applied to the film to determine the surface hardness of the coated film Bonding method of Al 2 O 3 / Cu composite film through the process. 제4항에 있어서,
상기 알루미나 기판과 상기 Al2O3/Cu 복합 필름 사이의 접착 강도(adhesive strength)는 범용 시험기를 사용하여 측정되는, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 4, wherein
The adhesive strength between the alumina substrate and the Al 2 O 3 / Cu composite film is measured by using a universal tester, through the aerosol deposition process for the application of film resistance of the Al 2 O 3 / Cu composite film Adhesion method. 제3항에 있어서,
원자 현미경(AFM) 분석을 수행하여, 다른 Cu 함량을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름들의 표면 형태는 Cu 분말 함량이 높을수록, 그 표면의 RMS 거칠기(RMS roughness of the surface)가 증가되었으며, 특히, 80 wt%를 초과하는 Cu 함량을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름들은 RMS 거칠기에 있어서 급격한 상승을 나타났으며, 50, 70, 80, 및 90 wt%의 Cu 함량을 갖는 Al2O3/Cu 복합 필름의 RMS 거칠기 값은, 각각, 111 ㎚, 121 ㎚, 124 ㎚, 및 152 ㎚ 였으며, 표면 거칠기 변화(surface roughness variation)의 주된 이유는 Al2O3/Cu 혼합 분말이 고속으로 Al2O3 기판과 충돌할 때, Al2O3 입자들보다 크기가 더 큰 연성 Cu 입자들이 충분히 분열되지 않으며, 경질 세라믹 입자들(hard ceramic particles)에 의해 야기되는 해머링 효과가 분말의 파쇄로 귀결되어, 낮은 표면 거칠기를 가져올 수 있으며, 반면에, 상기 혼합 분말에서 후속 Cu 입자들은 Cu 재료의 낮은 경도와 연성 기계적 성질 때문에 효과적인 해머링 효과에 영향받을 수 없었으며 이러한 이유들로, 거친 필름 표면(rough film surface)이 많은 양의 Cu를 포함하는 Al2O3/Cu 복합 필름의 경우에 나타나는, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 3,
Atomic microscopy (AFM) analysis showed that the surface morphology of Al 2 O 3 / Cu composite films with different Cu content increased with higher Cu powder content, which increased the RMS roughness of the surface, In particular, Al 2 O 3 / Cu composite films having a Cu content of more than 80 wt% showed a sharp rise in RMS roughness, and Al 2 O having a Cu content of 50, 70, 80, and 90 wt%. RMS roughness values of the 3 / Cu composite film were 111 nm, 121 nm, 124 nm, and 152 nm, respectively, and the main reason for the surface roughness variation was that the Al 2 O 3 / Cu mixed powder When colliding with the Al 2 O 3 substrate, the soft Cu particles larger in size than the Al 2 O 3 particles are not sufficiently cleaved, and the hammering effect caused by the hard ceramic particles is caused by the crushing of the powder. Resulting in low surface roughness, on the other hand, the mixing Subsequent Cu particles in horses could not be affected by the effective hammering effect due to the low hardness and ductile mechanical properties of the Cu material, and for these reasons, Al 2 O 3 with a rough film surface containing a large amount of Cu A method of adhering Al 2 O 3 / Cu composite films via an aerosol deposition process for the application of film resistance, which is seen in the case of / Cu composite films. 제1항에 있어서,
상기 에어로졸(AD) 공정을 사용하여 Cu 함량이 증가함에 따라 저항도(resitivity)는 점진적으로 감소하며, 이는 Cu 입자들 사이의 연결이 증가되며,
반대로, 상기 에어로졸(AD) 공정을 사용하여 Al2O3/Cu 복합 필름의 Al2O3 절연체 함량을 증가시키는 것은 필름 저항(film resistors)의 적용을 위한 단위 면적 당 저항(resistance per unit area)을 증가시키는, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 1,
As the Cu content is increased using the aerosol (AD) process, the resistivity gradually decreases, which increases the connection between the Cu particles,
Conversely, increasing the Al 2 O 3 insulator content of an Al 2 O 3 / Cu composite film using the aerosol (AD) process is a resistance per unit area for the application of film resistors. A method of adhering Al 2 O 3 / Cu composite film through an aerosol deposition process for the application of film resistance, increasing. 제1항에 있어서,
Al2O3 필름과 기판 간의 접착 강도(adhesion strength)는 12.98 MPa이었으며, Al2O3:Cu가 50 wt%: 50 wt%시에 Al2O3/Cu 복합 필름과 Cu 필름의 접착 강도보다 높은, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 1,
Al 2 O bond strength between the third film and the substrate (adhesion strength) is was 12.98 MPa, Al 2 O 3: Cu is 50 wt%: Al 2 O 3 / Cu composite film at 50 wt% and more adhesive strength of the Cu film Adhesion method of Al 2 O 3 / Cu composite film via aerosol deposition process for application of high, film resistance. 제1항에 있어서,
상기 Al2O3/Cu 복합 필름의 기계적 특성으로부터 그 형성 매커니즘을 조사하기 위해, 스크래치 테스트(scratch test)를 통해 Cu 또는 Al2O3 함량에 따른 표면의 경도(hardness of the surface)가 조사되었으며, 스크래치 경도(scratch hardness)는 재료의 연성(ductility), 탄성력 상수(elastic stiffness), 응력변형(strain), 및 가소성(plasticity)에 의해 영향을 받으며,
0.6 N의 매우 낮은 부하에서조차 Cu-90 wt% 필름의 표면에 크랙(crack)이 형성되는 것이 확인되었으며,
Cu-70 wt%와 Cu-50 wt%의 경우에, 1.2N의 부하가 스크래치 테스터의 팁(tip)에 인가되었을 때, 스크래치는 확실하게 악화되었으며,
Cu-50 wt%의 복합 필름들은 상대적으로 높은 부하가 인가되었을 때 표면 상에 스크래치들을 측정하여, Al2O3 입자들의 비커스 경도(Vickers hardness)는 15.71 GPa 이고, 이는 Cu 입자들(350 MPa)보다 훨씬 높으며, 실온에서 에어로졸 증착(AD) 공정에 의해 성장된 높은 Al2O3 함량을 갖는 증착 필름은 잘 파괴되지 않으며,
필름 저항(film resistors)에 적용을 위해, 표면의 경도(hardness)와 필름과 기판 간의 강한 결합 형성 모두가 중요하므로, Al2O3/Cu (50 wt%: 50 wt%) 복합 필름과 기판 간의 접착 강도(adhesion strength)를 시험하여 그 접착을 추정하였으며,
Al2O3 필름과 Al2O3 기판 간의 접착 강도(adhesion strength)는 12.98 MPa이었으며, 이는 Al2O3/Cu (50 wt%: 50 wt%) 복합 필름과 Cu필름의 접착 강도보다 높았으며, Al2O3 입자들이 높은 경도의 Al2O3 기판과 충돌할 때, 높은 충격 에너지를 갖는 이러한 입자들이 심한 분쇄를 일으키고, 분쇄된 입자들은 높은 열 에너지를 갖는 강한 결합을 형성하여 Al2O3 입자들과 기판 간의 앵커링 본드(anchoring bonds)를 갖는 밀한 필름(dense films)을 형성하며, 이후의 Al2O3 입자들이 이전에 증착된 Al2O3 필름 상에서 해머링 효과를 일으켜, 강한 결합(strong bond)를 형성하게 되며,
Al2O3 분말 만이 기판에 증착되었을 때, 기판과 필름 간의 결합력이 더 높아짐에 따라 더 강하고 더 밀한 필름이 형성되는 반면에, Al2O3 기판 상의 Cu 필름의 접착 강도는 최대 4.09 MPa 이었으며, 노즐로부터 분사된 Cu입자들이 단단한 Al2O3 기판과 충돌될 때 쿠셔닝 액션(cushioning action)이 일어나는 동안 Cu입자들의 소성 변형(Plastic deformation of Cu particles)이 그 분쇄보다 더 지배적으로 발생하며,
에어로졸 증착(AD) 공정에 의해 가공된 알루미나 기판 상의 Al2O3 필름과 Cu필름의 증착 매커니즘에 기초하여, Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 강도는 Cu입자들의 기계적 인터로킹과 Al2O3 입자들의 앵커링 결합(anchoring bonds)의 비중에 의존적인 것으로 추정되는, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 1,
In order to investigate the formation mechanism from the mechanical properties of the Al 2 O 3 / Cu composite film, the hardness of the surface according to the Cu or Al 2 O 3 content was investigated through a scratch test. , Scratch hardness is affected by the material's ductility, elastic stiffness, stress strain, and plasticity,
It has been found that cracks form on the surface of Cu-90 wt% film even at very low loads of 0.6 N,
In the case of Cu-70 wt% and Cu-50 wt%, the scratches were obviously deteriorated when a load of 1.2 N was applied to the tips of the scratch tester,
Composite films of Cu-50 wt% measured scratches on the surface when a relatively high load was applied, so that the Vickers hardness of Al 2 O 3 particles was 15.71 GPa, which was Cu particles (350 MPa). Much higher, and deposited films with high Al 2 O 3 content grown by the aerosol deposition (AD) process at room temperature are less likely to break,
For application to film resistors, both the hardness of the surface and the formation of strong bonds between the film and the substrate are important, so the Al 2 O 3 / Cu (50 wt%: 50 wt%) composite film and the substrate The adhesion strength was tested and the adhesion was estimated.
The adhesion strength between the Al 2 O 3 film and the Al 2 O 3 substrate was 12.98 MPa, which was higher than that of the Al 2 O 3 / Cu (50 wt%: 50 wt%) composite film and Cu film. When Al 2 O 3 particles collide with a high hardness Al 2 O 3 substrate, these particles with high impact energy cause severe pulverization, and the pulverized particles form a strong bond with high thermal energy to form Al 2 O 3 forms dense films with anchoring bonds between the particles and the substrate, and subsequent Al 2 O 3 particles produce a hammering effect on the previously deposited Al 2 O 3 film, resulting in a strong bond ( strong bonds)
When only Al 2 O 3 powder was deposited on the substrate, a stronger and denser film was formed as the bonding force between the substrate and the film became higher, whereas the adhesion strength of the Cu film on the Al 2 O 3 substrate was up to 4.09 MPa, Plastic deformation of Cu particles occurs more dominantly than its crushing during the cushioning action when the Cu particles ejected from the nozzle collide with the rigid Al 2 O 3 substrate,
Based on the Al 2 O 3 film and Cu film deposition mechanism on the alumina substrate processed by the aerosol deposition (AD) process, the adhesive strength of the Al 2 O 3 / Cu composite film is based on the mechanical interlocking of Cu particles and Al 2 O A method of adhering Al 2 O 3 / Cu composite films via an aerosol deposition process for application of film resistance, which is estimated to be dependent on the specific gravity of the anchoring bonds of the three particles. 제3항에 있어서,
상기 Al2O3/Cu 복합 필름과 기판 간의 접착 강도(adhesive strength)는 Al2O3 함량을 증가시킴에 따라 4.09 MPa에서 12.98 MPa까지 변화하였으며, 표면 경도(surface hardness)는 같은 경향을 나타냈으며, Al2O3 입자들과 기판 사이의 앵커링 층이 Al2O3의 높은 경도와 연성을 갖는 부드러운 Cu에 의해 형성되었으며, Cu 입자들이 고속으로 딱딱한 기판과 충돌함에도, 기계적 인터로킹(mechanical interlocking)이 형성되어, 약한 결합(weak bonding)을 초래하였지만, Cu 입자들의 양(amount of Cu particles)이 증가되었을 때, Al2O3/Cu 복합 필름의 전기 저항도(electrical resistivity)가 감소되었으며,
결과적으로, Al2O3/Cu 복합 필름과 기판 간의 저항(resistance)과 결합력(bonding force)은 이러한 Cu,Al2O3 두 물질들과 딱딱한 기판 간의 상관성에 의해 현저하게 영향을 받았으며, 가공된 Al2O3/Cu (Al2O3:Cu = 50 wt% : 50 wt%) 복합 필름이 상대적으로 양호한 접착 강도(good adhesive strength) 및 낮은 전기 저항도(low electrical resistivity)를 나타냈으며, 이들은 필름의 두께와 폭(thickness and width of the films)을 가변시킴으로써 박막 및 후박 저항(thin and thick film resistors)에 적용될 수 있는, 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 3,
The adhesive strength between the Al 2 O 3 / Cu composite film and the substrate increased from 4.09 MPa to 12.98 MPa as the Al 2 O 3 content was increased, and the surface hardness showed the same tendency. , The anchoring layer between the Al 2 O 3 particles and the substrate was formed by soft Cu having a high hardness and ductility of Al 2 O 3 and mechanical interlocking even though the Cu particles collide with the rigid substrate at high speed. Formed, resulting in weak bonding, but when the amount of Cu particles was increased, the electrical resistivity of the Al 2 O 3 / Cu composite film was reduced,
As a result, the resistance and bonding force between the Al 2 O 3 / Cu composite film and the substrate was significantly affected by the correlation between these two Cu, Al 2 O 3 materials and the rigid substrate. Al 2 O 3 / Cu (Al 2 O 3 : Cu = 50 wt%: 50 wt%) composite films showed relatively good adhesive strength and low electrical resistivity. Al 2 O 3 / Cu composites through an aerosol deposition process for application of film resistance, which can be applied to thin and thick film resistors by varying the thickness and width of the films. Method of adhesion of the film. 제3항에 있어서,
Al2O3와 Cu 모두 50 wt%의 함량을 갖는 상기 혼합 분말이 상기 기판에 증착될 때, 접착 강도(adhesive strength)는 7.08 MPa였으며 저항도(resistivity)는 851.9Ωm 인 것을 특징으로 하는 필름 저항의 적용을 위한 에어로졸 증착 공정을 통해 Al2O3/Cu 복합 필름의 접착 방법.The method of claim 3,
When the mixed powder having a content of 50 wt% of both Al 2 O 3 and Cu was deposited on the substrate, the adhesive strength was 7.08 MPa and the resistivity was 851.9 μm. Adhesion method of Al 2 O 3 / Cu composite film through aerosol deposition process for the application of.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220157823A (en) 2021-05-21 2022-11-29 광운대학교 산학협력단 Fabrication method of high-quality alumina coating through novel, dual-particle aerosol deposition

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003277948A (en) * 2000-10-23 2003-10-02 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Composite structure and method for manufacturing the same
JP2015045085A (en) * 2013-08-02 2015-03-12 国立大学法人横浜国立大学 Crystalline orientation ceramic laminate material and method for manufacturing the same
KR20180007883A (en) 2016-07-14 2018-01-24 주식회사 비전아이티 Computer system having the hazard protection, and method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003277948A (en) * 2000-10-23 2003-10-02 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Composite structure and method for manufacturing the same
JP2015045085A (en) * 2013-08-02 2015-03-12 国立大学法人横浜国立大学 Crystalline orientation ceramic laminate material and method for manufacturing the same
KR20180007883A (en) 2016-07-14 2018-01-24 주식회사 비전아이티 Computer system having the hazard protection, and method thereof

Non-Patent Citations (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Z. A. Azhar, H. Mohamad, M. M. Ratnam, and Z. A. Ahmad, J. Alloys Compd. 497, 316 (2010).
B. Lee, D. Lee, and C. Kim, 40, 339 (2002).
C. M. Wang, J. H. Hsieh, Y. Q. Fu,C. Li, T. P. Chen, and U. T. Lam, Ceram. Int. 30, 1879 (2004).
C. Richardson, PDF Present. Slides, Updat. 24.09.2003 2011, 43 (2003).
C. W. Kim, J. H. Choi, H. J. Kim, D. W. Lee, C. Y. Hyun, and S. M. Nam, Ceram. Int. 38, 5621 (2012).
D. F. Lim, J. Wei, C. M. Ng, and C. S. Tan, in Proc. - Electron. Components Technol. Conf.(2010), pp. 1364-1369.
D. Hanft, J. Exner, M. Schubert, T. Stocker, P. Fuierer,and R. Moos, J. Ceram. Sci. Technol. 6, 147 (2015).
D.-W. Lee, H.-J. Kim, Y.-N. Kim, M.-S. Jeon, and S.-M. Nam, Surf.Coatings Technol. 209, 160 (2012).
D.-W. Lee, O.-Y. Kwon, W.-J. Cho, J.-K. Song, and Y.-N. Kim, Nanoscale Res. Lett. 11, 162 (2016).
E. Ma and W. A. Anderson, Mater. Sci. Eng. B 47, 161 (1997).
F. A. Smidt, Int. Mater. Rev. 35, 61 (1990).
H. Abe, Y. Niwa, M. Kitano, Y. Inoue, M. Sasase, T. Nakao, T. Tada, T. Yokoyama, M. Hara, and H. Hosono, J. Phys. Chem. C 121, 20900 (2017).
H. J. Kim, Y. J. Yoon, J. H. Kim, and S. M. Nam, Mater. Sci. Eng. B Solid-State Mater.M.Y.CHO et al, Journal of Electroceramics Adv. Technol. 161, 104 (2009).
H.-J. Kim and S.-M. Nam, Electron. Mater. Lett. 8, 65 (2012).
J. Akedo, Mater. Sci. Forum 449.452, 43 (2004). 1. J. Akedo, J. Am. Ceram. Soc. 89, 1834 (2006).
J. G. Miranda-herna'ndez, S. Moreno-guerrero, A. B. Soto-guzma'n, andRocha-rangel, 7, 311 (2006).
J. K. Yao, H. L. Huang,J. Y. Ma, Y. X. Jin, Y. a. Zhao, J. D. Shao, H. B. He, K. Yi, Z. X. Fan, F. Zhang, and Z. Y. Wu,Surf.Eng. 25, 257 (2009).
J. Ro"lke, Electrocompon. Sci. Technol. 9, 51 (1981)
K. Ramasamy, M. A. Malik, and P. O’Brien, Chem. Sci. 2, 1170 (2011).
L. L. Hench, R. J. Splinter, W. C. Allen, and T. K. Greenlee, J. Biomed. Mater. Res. 5, 117 (1971).
L. Lai, W. Zeng, X. Fu,R. Sun,and R. Du,J. Alloys Compd. 538, 125 (2012).
M. Alguero', J. Ricote, M. Torres, H. Amorin, A. Alberca,Iglesias-Freire, N. Nemes, S. Holgado, M. Cervera, J. Piqueras, A. Asenjo, and M. Garcia-Herna'ndez, ACS ApMater. Interfaces 6, 1909 (2014).
M. D. Losego, L. H. Jimison, J. F. Ihlefeld, and J. P. Maria, Appl. Phys. Lett. 86, 1 (2005).
M. Ishikawa, H. Enomoto, N. Mikamoto, T. Nakamura, M. Matsuoka, and C. Iwakura, Surf.Coatings Technol. 110, 121 (1998).
M. M. Chaudhri, Acta Mater. 46, 3047 (1998).
M. W. Pyun, E. J. Kim, D. H. Yoo, and S. H. Hahn, Appl. Surf.Sci. 257, 1149 (2010).
O.-Y. Kwon, H.-J. Na, H.-J. Kim, D.-W. Lee, and S.-M. Nam, Nanoscale Res. Lett. 7, 261 (2012).
P. Chahal, R. R. Tummala,M. G. Allen, and M. Swaminathan, IEEE Trans. Components Packag. Manuf. Technol. Part B 21, 184 (1998).
R. C. Lin, T. K. Lee, D. H. Wu,and Y. C. Lee, Adv. Mater. Sci. Eng. 2015, (2015).
R. T. Thompson, in Electron. Mater. Handb. Vol. 1 Packag. (1989), pp. 670-675.
S. Berg and T. Nyberg, Thin Solid Films 476, 215 (2005).
S. K. Bhattacharya and R. R. Tummala, Microelectronics J. 32, 11 (2001).
S. K. Bhattacharya and R. R. Tummala,J. Mater. Sci. Mater. Electron. 11, 253 (2000).
S. Vinayak, H. P. Vyas, and V. D. Vankar, Thin Solid Films 515, 7109 (2007).
S. Vinayak, H. P. Vyas, K. Muraleedharan,and V. D. Vankar, Thin Solid Films 514, 52 (2006).
W. Shi, H. Zhang, G. Zhang, and Z. Li, Sensors Actuators, A Phys. 130-131, 352 (2006).
W.-H. Lee, H.-J. Kim, D.-W. Lee, M.-G. Jeong, D.-S. Lim, and S.-M. Nam, Surf.Coatings Technol. 206, 4679 (2012).
Y. Vygranenko, K. Wang, R. Chaji, M. Vieira, J. Robertson, and A. Nathan, Thin Solid Films 517, 6341 (2009).
Y. Wang, Z. Lin, X. Cheng, H. Xiao, F. Zhang, and S. Zou, Appl. Surf.Sci. 228, 93 (2004).
Y. Y. Wei, G. Eres, V. I. Merkulov, and D. H. Lowndes, Appl. Phys. Lett. 78, 1394 (2001).
Z. Yan, Y. Ma, P. Deng, Z. Yu,C. Liu, and Z. Song, Appl. Surf.Sci. 256, 2289 (2010).

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200083890A (en) 2019-01-01 2020-07-09 광운대학교 산학협력단 Evaluation method of structural and mechanical properties of aerosol-deposited bioceramic films for orthodontic brackets

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